JP4355874B2

JP4355874B2 - Vehicle steering system

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Publication number: JP4355874B2
Application number: JP35745199A
Authority: JP
Inventors: 勝利西崎; 史郎中野; 孝修高松; 雅也瀬川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: DE60001040T2; EP1097855B1; DE60001040D1; JP2001191937A; EP1097855A2; EP1097855A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置においては、ステアリングホイールを模した回転操作部材の操作量により操舵用アクチュエータの動きを、その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、舵角が変化するようにその車輪に伝達している。
【０００３】
従来、その操作部材の操作量に対応する目標舵角を決定し、舵角が目標舵角になるように操舵用アクチュエータを制御している。また、舵角変化による車両の挙動変化に対応するヨーレートの目標値を操作部材の操作量に応じて決定し、検出した車両のヨーレートが目標ヨーレートになるように目標舵角を決定し、舵角が目標舵角になるように操舵用アクチュエータを制御することも提案されている。さらに、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結された通常の車両と同様の操舵フィーリングをドライバーに模擬的に付与するため、操作部材に作用する反力トルクを発生する操作用アクチュエータを設け、操作部材の操作量に応じた反力トルクを付与している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
操作部材の操作量に対応する目標舵角を決定する場合、実際の車両挙動を反映することができないため、車両挙動を最適化する制御ができない。
【０００５】
実際の車両のヨーレートに応じて目標舵角を決定する場合、低車速域ではヨーレートが殆ど発生しないために操舵用アクチュエータを適正に制御することができない。そこで、低車速域では操作部材の操作量に応じて目標舵角を決定して操舵用アクチュエータを制御し、中高車速域では実際の車両のヨーレートに応じて目標舵角を決定して操舵用アクチュエータを制御することが考えられるが、低車速域と中高車速域との境界において操舵用アクチュエータの制御量が急変するため、車両挙動が不安定になってしまう。
また、従来の構成では操作部材の操作に対する舵角変化の応答性が十分ではなかった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用操舵装置は、操作部材と、その操作部材の操作により駆動される操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを、その操作部材を前輪に機械的に連結することなく、その動きに応じて舵角が変化するようにその前輪に伝達する手段と、舵角変化による車両の挙動変化に対応する挙動指標値を求める手段と、その操作部材の操作量を検出する手段と、その検出した操作量に応じた目標挙動指標値を、その操作量と目標挙動指標値との記憶した関係に基づき演算する手段と、その演算した目標挙動指標値に対応する舵角設定値を、その目標挙動指標値と舵角設定値との記憶した関係に基づき演算する手段と、その目標挙動指標値と前記求めた挙動指標値との偏差に対応する舵角修正値を、その偏差と舵角修正値との記憶した関係に基づき演算する手段と、舵角が舵角設定値と舵角修正値との和である目標舵角に対応するように、前記操舵用アクチュエータを制御する手段とを備え、その操作部材の操作量に対する車両のヨーレートまたは横加速度の比率が車速に関わらず一定となるように、前記目標挙動指標値が演算されることを特徴とする。
本発明の構成によれば、操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値に対応する舵角設定値と、その目標挙動指標値と求めた挙動指標値との偏差に対応する舵角修正値との和である目標舵角に対応するように、操舵用アクチュエータを制御する。その舵角設定値は目標舵角におけるフィードフォワード項、その舵角修正値はフィードバック項に対応することから、フィードフォワード制御とフィードバック制御の統合制御が行われる。これにより、車両の舵角を操作部材の操作量に応じて変化させ、且つ、車両の挙動変化に応じて操舵用アクチュエータを制御することで車両挙動の最適化を図ることができる。
その挙動指標値としては、車両のヨーレートや横加速度を採用できる。また、車両の横加速度をＧｙ、車両のヨーレートをγ、横加速度加重比をＫ１、ヨーレート加重比をＫ２、車速をＶ、Ｋ１＋Ｋ２＝１として、Ｄ＝Ｋ１・Ｇｙ＋Ｋ２・γ・Ｖであらわされる値Ｄを挙動指標値としてもよい。
【０００８】
また、ステアリングホイールと前輪とが機械的に連結された車両においては、ステアリングホイールの操作量に対する舵角の比は一定であるから、ステアリングホイールの操作量に対するヨーレートおよび横加速度の定常ゲインは、車速が増加する程に増大する。
これに対して上記構成によれば、操作部材の操作量に対する車両のヨーレートまたは横加速度の比率を車速に関わらず一定とすることで、操作性を向上することができる。
【０００９】
その操作部材は回転操作されるものとされ、その操作部材の操作量は、車両のドライバーが操作部材に作用させる操作トルクとされ、その操作部材に作用する反力トルクを発生する操作用アクチュエータが設けられ、検出した操作トルクと発生した反力トルクとの偏差の作用による操作部材の回転操作角を検出する手段と、その検出した回転操作角に応じた目標反力トルクを、その回転操作角と目標反力トルクとの記憶した関係に基づき演算する手段と、その反力トルクが目標反力トルクに対応するように、その操作用アクチュエータを制御する手段とを備えるのが好ましい。
操作部材の操作量として、操作トルクと反力トルクとの偏差に対応する回転操作角を採用する場合、その反力トルクにより操作部材の過剰な操作を抑制できるが、ドライバーが操作トルクを作用させてから操作部材の回転操作角が生じるまでの間に遅れが生じる。その遅れにより操作部材の操作に対する舵角変化の応答性が低下する。
これに対して上記構成によれば、操作部材の操作量として、ドライバーが操作部材に作用させる操作トルクを採用している。これにより、反力トルクにより操作部材の過剰な操作を抑制できるだけでなく、ドライバーが操作トルクを作用させてから舵角が変化するまでの間の遅れを低減できるので、ドライバーの操作に対する舵角変化の応答性が向上し、高車速域での急操舵に対しても車両姿勢の立て直しが容易になり走行安定性を向上できる。
【００１０】
あるいは、その操作部材は回転操作されるものとされ、その操作部材の操作量は、車両のドライバーが操作部材に作用させる操作トルクとされ、その操作部材に作用する反力トルクを発生する操作用アクチュエータが設けられ、検出した操作トルクと発生した反力トルクとの偏差の作用による操作部材の回転操作角を検出する手段と、その検出した回転操作角に応じた反力トルク設定値を、その回転操作角と反力トルク設定値との記憶した関係に基づき演算する手段と、前記求めた挙動指標値に対応する操作部材の挙動対応回転操作角を、その挙動指標値と挙動対応回転操作角との記憶した関係に基づき演算する手段と、その検出した回転操作角と演算した挙動対応回転操作角との偏差に対応する反力トルク修正値を、その偏差と反力トルク修正値との記憶した関係に基づき演算する手段と、その反力トルクが反力トルク設定値と反力トルク修正値との和である目標反力トルクに対応するように、その操作用アクチュエータを制御する手段とを備えるのが好ましい。
この構成によれば、操作部材の操作量として、ドライバーが操作部材に作用させる操作トルクを採用している。これにより、反力トルクにより操作部材の過剰な操作を抑制できるだけでなく、ドライバーが操作トルクを作用させてから舵角が変化するまでの間の遅れを低減できるので、ドライバーの操作に対する舵角変化の応答性が向上し、高車速域での急操舵に対しても車両姿勢の立て直しが容易になり走行安定性を向上できる。
さらに、車両の実際の挙動指標値に対応する挙動対応回転操作角と、検出した回転操作角との偏差に応じて反力トルク修正値を求め、その反力トルク修正値と、回転操作角に対応する反力トルク設定値との和を目標反力トルクとするので、反力トルクは実際の車両の挙動変化を反映したものとなる。これにより、急操舵に対する車両姿勢の立て直しがより容易になって走行安定性を向上でき、車両の運動特性がドライバーの操作トルクに対応したものとなり、操作トルクに応じた車両の操舵が可能になる。
この場合、予め設定した車速未満では反力トルク修正値を零とするのが好ましい。
これにより、低車速域において車両の挙動指標値が殆ど発生しない場合でも、回転操作角に応じた反力トルク設定値に反力トルクが一致するように操作用アクチュエータを制御し、中高車速域において車両の挙動指標値が大きくなる場合は、その反力トルク設定値と反力トルク修正値との和である目標反力トルクに反力トルクが一致するように、操作用アクチュエータを制御することができる。よって、低車速域と中高車速域との境界で操作用アクチュエータの制御量が急変することがなく、且つ、車両の挙動変化に応じて操作用アクチュエータを制御することで、ドライバーの操作トルクに応じて車両を操ることができる。
【００１１】
予め設定した車速未満では、その検出した操作部材の操作量に応じた目標舵角を、その操作部材の操作量と目標舵角との記憶した関係に基づき演算すると共に、舵角修正値を零とするのが好ましい。
これにより、低車速域においてヨーレートや横加速度が小さく車両の挙動指標値が殆ど発生しない場合は、操作トルクに応じて目標舵角が定められ、中高車速域において車両の挙動指標値が大きくなる場合は、目標挙動指標値に対応する舵角設定値と、目標挙動指標値と実際の挙動指標値との偏差に対応する舵角修正値との和が目標舵角とされ、その目標舵角に舵角が一致するように操舵用アクチュエータを制御できる。そして、低車速域と中高車速域との境界で操舵用アクチュエータの制御量を等しくし、車両挙動が不安定になるのを防止できる。
【００１２】
その挙動指標値として、車両の横加速度をＧｙ、車両のヨーレートをγ、車速をＶ、横加速度加重比をＫ１、ヨーレート加重比をＫ２、Ｋ１＋Ｋ２＝１とした場合に、Ｄ＝Ｋ１・Ｇｙ＋Ｋ２・γ・Ｖであらわされる値Ｄが求められ、その目標挙動指標値と舵角設定値との記憶される関係は、舵角に対する挙動指標値の伝達関数の逆関数に対応するものとされ、その舵角に対する挙動指標値の伝達関数は、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答に対応するように、車両の横加速度とヨーレートと舵角と車速とを未知数として含む予め求められた運動方程式に基づき、そのＫ１およびＫ２の中の少なくとも一方を含むように導出されているのが好ましい。
これにより、目標挙動指標値と舵角設定値との関係が、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答特性に対応する伝達関数の逆関数に対応するので、その過渡応答の速応性および安定性をフィードフォワード制御により向上し、操舵フィーリングや車両挙動の安定性を向上できる。
【００１３】
その目標挙動指標値と挙動指標値との偏差と舵角修正値との記憶される関係は、舵角に対する挙動指標値の前記伝達関数の逆関数に対応するものとされているのが好ましい。
これにより、目標挙動指標値と挙動指標値との偏差と舵角修正値との関係が、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答特性に対応する伝達関数の逆関数に対応するので、その過渡応答の速応性および安定性をフィードバック制御により向上し、操舵フィーリングや車両挙動の安定性を向上できる。
【００１４】
そのＫ１およびＫ２は、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答が車速に関わらず予め求めた一定の応答に対応するように、車速の関数とされているのが好ましい。これにより、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答を、規範とする応答に対応させ、その過渡応答特性の改善を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図７を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示す車両用操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の回転操作により駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく、その動きに応じて舵角が変化するように操舵用前方左右車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備える。
【００１６】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、その車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１７】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その操作部材１に作用する反力トルクを発生する操作用アクチュエータ１９が設けられている。その操作用アクチュエータ１９は、その回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１８】
その操作部材１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与するバネにより構成できる。上記操作用アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していない時、その弾力により操作部材１は直進操舵位置に復帰する。
【００１９】
その操作部材１の回転操作角として、その回転シャフト１０の回転角を検出する角度センサ１１が設けられている。
その操作部材１に車両のドライバーが作用させる操作トルクとして、その回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。
車両の舵角を検出する舵角センサ１３が、その舵角に対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。
車速を検出する速度センサ１４が設けられている。
車両の横加速度を検出する横加速度センサ１５が設けられている。
車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１６が設けられている。
【００２０】
その角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４、横加速度センサ１５、ヨーレートセンサ１６は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。その制御装置２０は、駆動回路２２、２３を介して操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９を制御する。
【００２１】
図２は、車速が予め設定した車速以上である場合における第１実施形態の制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この第１実施形態においては、上記角度センサ１１により検出される回転操作角が操作部材１の操作量とされる。
また、車両の横加速度をＧｙ、車両のヨーレートをγ、横加速度加重比をＫ１、ヨーレート加重比をＫ２、車速をＶ、Ｋ１＋Ｋ２＝１として、Ｄ＝Ｋ１・Ｇｙ＋Ｋ２・γ・Ｖの関係式であらわされる値Ｄが、舵角変化による車両の挙動変化に対応する挙動指標値とされる。その横加速度Ｇｙは上記横加速度センサ１５により、そのヨーレートγは上記ヨーレートセンサ１６により、その車速Ｖは上記速度センサ１４によりそれぞれ検知され、その関係式は制御装置２０に記憶され、その検出値と関係式から挙動指標値Ｄが制御装置２０により演算される。なお、Ｋ１とＫ２の比率は、挙動指標値Ｄが舵角変化による車両の挙動変化に対応するように設定すればよく、例えばＫ１＝Ｋ２＝０．５といったように一定としてもよいし、舵角変化による車両の挙動変化に影響する車速等に応じて変化させてもよい。
【００２２】
図２において、Ｔｈは操作トルクのトルクセンサ１２による検出値、Ｔｍは操作用アクチュエータ１９が発生する反力トルク、Ｔｍ^* は目標反力トルク、δｈは操作トルクＴｈと反力トルクＴｍとの偏差の作用による操作部材１の回転操作角の角度センサ１１による検出値、δは舵角の舵角センサ１３による検出値、δ_FFは舵角設定値、δ_FBは舵角修正値、δ^* は目標舵角、Ｇｙは横加速度の横加速度センサ１５による検出値、γはヨーレートのヨーレートセンサ１６による検出値、Ｖは車速の速度センサ１４による検出値、Ｄは検出された横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖに基づき求められた車両１００の挙動指標値、Ｄ^* は目標挙動指標値、ｉ^* は操舵用アクチュエータ２の駆動電流の目標値、Ｇ１はδｈに対するＤ^* の調節部の伝達関数、Ｇ２はＤ^* に対するδ_FFの調節部の伝達関数、Ｇ３はＤ^* とＤとの偏差に対するδ_FBの調節部の伝達関数、Ｇ４はδ^* に対するｉ^* の調節部の伝達関数、Ｇ５はδｈに対するＴｍ^* の調節部の伝達関数である。
【００２３】
その制御装置２０は、角度センサ１１により検出した操作部材１の回転操作角δｈに応じた目標挙動指標値Ｄ^* を、回転操作角δｈと目標挙動指標値Ｄ^* との関係である伝達関数Ｇ１に基づき演算する。その伝達関数Ｇ１は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、そのδｈに対するＤ^* の調節部は比例制御要素であって、その比例ゲインは車速Ｖに比例するものとされる。これにより、Ｋ_D1を比例定数として以下の式が成立する。
Ｄ^* ＝Ｇ１・δｈ＝Ｋ１・Ｇｙ＋Ｋ２・γ・Ｖ＝Ｋ_D1・Ｖ・δｈ
よって、操作部材１の回転操作角δｈに対する車両のヨーレートγの比率が車速に関わらず一定となるように、目標挙動指標値Ｄ^* が演算される。
その比例定数Ｋ_D1は最適な制御を行えるように調整され、例えば４／３とされる。
なお、伝達関数Ｇ１を定数とすることにより、操作部材１の回転操作角δｈに対する車両の横加速度Ｇｙの比率が車速に関わらず一定となるように、目標挙動指標値Ｄ^* を演算してもよい。
【００２４】
その制御装置２０は、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* に対応する舵角設定値δ_FFを、その目標挙動指標値Ｄ^* と舵角設定値δ_FFとの関係である伝達関数Ｇ２に基づき演算する。その伝達関数Ｇ２は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、その伝達関数Ｇ２は、舵角に対する横加速度の定常ゲインＧ_D （ｖ）の逆数とされ、δ_FF＝Ｄ^* ／Ｇ_D （ｖ）となる。
そのゲインＧ_D （ｖ）は、ＳＦをスタビリティファクタ、Ｌをホイールベースとして、次式により定義される。
Ｇ_D （ｖ）＝Ｖ² ／｛（１＋ＳＦ・Ｖ² ）Ｌ｝
そのＳＦ、Ｌは車両に固有の値であり、例えばＳＦ＝０．００１１ｓ² ／ｍ² 、Ｌ＝２．５１２ｍとされる。
【００２５】
その制御装置２０は、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* と、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖの検出値に基づき求めた挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）を演算し、その偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対応する舵角修正値δ_FBを、その偏差（Ｄ^* −Ｄ）と舵角修正値δ_FBとの関係である伝達関数Ｇ３に基づき演算する。その伝達関数Ｇ３は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、その伝達関数Ｇ３は、Ｋｐを比例ゲイン、Ｋｉを積分ゲイン、ｓをラプラス演算子として、ＰＩ制御がなされるように（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）／Ｇ_D （ｖ）とされる。これにより以下の式が成立する。
δ_FB＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）（Ｄ^* −Ｄ）／Ｇ_D （ｖ）
そのＫｐ、Ｋｉは最適な制御を行えるように調整され、例えばＫｐ＝３、Ｋｉ＝２０とされる。
【００２６】
その制御装置２０は、その舵角設定値δ_FFと舵角修正値δ_FBの和として目標舵角δ^* を演算する。よって、δ^* ＝δ_FF＋δ_FB、δ_FF＝Ｄ^* ／Ｇ_D （ｖ）、Ｄ^* ＝Ｋ_D1・Ｖ・δｈであるから、定常状態でδ_FB＝０である時、目標舵角δ^* と操作部材１の回転操作角δｈとの関係は次式の通りとなる。
δ^* ＝｛Ｋ_D1・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）｝δｈ
【００２７】
その制御装置２０は、その演算した目標舵角δ^* に対応する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^* を、その目標舵角δ^* と目標駆動電流ｉ^* との関係である伝達関数Ｇ４に基づき演算する。その伝達関数Ｇ４は予め定められて制御装置２０に記憶される。その目標駆動電流ｉ^* に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動される。これにより、舵角δが目標舵角δ^* に対応するように操舵用アクチュエータ２が制御装置２０により制御される。
その伝達関数Ｇ４は、例えばＫｂをゲイン、Ｔｂを時定数として、ＰＩ制御がなされるようにＧ４＝Ｋｂ〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕とされ、そのゲインＫｂおよび時定数Ｔｂは最適な制御を行えるように調整される。
【００２８】
その制御装置２０は、その角度センサ１１により検出した操作部材１の回転操作角δｈに応じた目標反力トルクＴｍ^* を、その回転操作角δｈと目標反力トルクＴｍ^* との関係である伝達関数Ｇ５に基づき演算する。その伝達関数Ｇ５は予め定められて制御装置２０に記憶される。その反力トルクＴｍが目標反力トルクＴｍ^* に対応するように操作用アクチュエータ１９が制御装置２０により制御される。
本実施形態では、その回転操作角δｈに対する目標反力トルクＴｍ^* の調節部は比例制御要素とされ、その比例ゲインＫｔは車速に関わりなく一定とされる。
なお、反力トルクが過大になることがないように、目標反力トルクＴｍ^* の絶対値が予め定めた上限値、例えば１０Ｎ・ｍを超えないようにしてもよい。
【００２９】
図３は、車速が上記予め設定した車速Ｖａ未満である場合における第１実施形態の制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この図３において、Ｇ６はδｈに対するδ^* の調節部の伝達関数であり、舵角修正値δ_FBは０とされる。他は図２と同様である。その予め設定する車速Ｖａは、その車速Ｖａ以上であれば求めた挙動指標値Ｄに基づき目標舵角δ^* を適正に設定できるように定めればよく、例えば２．７８ｍ／ｓとされる。
制御装置２０は、その角度センサ１１により検出した操作部材１の回転操作角δｈに応じた目標舵角δ^* を、その回転操作角δｈと目標舵角δ^* との関係である伝達関数Ｇ６に基づき演算する。その伝達関数Ｇ６は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、そのδｈに対するδ^* の調節部は比例制御要素とされ、その比例ゲインＫａ（ｖ）は車速Ｖの関数とされ、これにより以下の式が成立する。
δ^* ＝Ｋａ（ｖ）・δｈ
また、その予め設定した車速Ｖａにおいては、その伝達関数Ｇ６に基づき求めた目標舵角δ^* と、上記伝達関数Ｇ１、Ｇ２に基づき求めた舵角設定値δ_FFとを等しくしている。これにより以下の式が成立する。
δ^* ＝δ_FF＝｛Ｋ_D1・Ｖａ・／Ｇ_D （ｖ）｝δｈ＝Ｋａ（ｖ）・δｈ
そのＫａ（ｖ）の値は、例えば車速Ｖ＝０ｍ／ｓにおける値を設定し、Ｖ＝２．７８ｍ／ｓにおける｛Ｋ_D1・Ｖａ・／Ｇ_D （ｖ）｝の値との間を補間することにより求める。
【００３０】
図４における実線は、車速が上記設定車速Ｖａ以上におけるＫ_D1・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）と車速Ｖとの関係と、車速が上記設定車速Ｖａ未満におけるＫａ（ｖ）と車速Ｖとの関係を示す。この図４においては、Ｋ_D1＝４／３、ＳＦ＝０．００１１ｓ² ／ｍ² 、Ｌ＝２．５１２ｍとした。またＫａ（ｖ）の値は、Ｖ＝０ｍ／ｓにおいて１．２８とし、Ｖ＝２．７８ｍ／ｓにおけるＫ_D1・Ｖａ・／Ｇ_D （ｖ）の値との間を直線補間することにより求めた。
この場合、車速ＶがＶａを超える一定値Ｖｂ＝３３．３ｍ／ｓまでは、車速Ｖの増加に従ってＫ_D1・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）が減少するが、その一定車速Ｖｂを超えると車速Ｖの増加に従ってＫ_D1・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）が増加する。そこで、その一定車速Ｖｂ以上では回転操作角δｈに対する目標舵角δ^* の定常ゲインの値を一定とし、その一定の定常ゲインとして一定車速ＶｂでのＫ_D1・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）の値を用い、車両挙動が不安定になるのを防止している。
【００３１】
図５のフローチャートを参照して上記第１実施形態の制御装置２０による制御手順を説明する。まず、各センサによる検出データを読み込む（ステップ１）。
【００３２】
次に、検出した回転操作角δｈに応じて目標反力トルクＴｍ^* を演算し（ステップ２）、その目標反力トルクＴｍ^* に反力トルクＴｍが対応するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップ３）。
【００３３】
次に、車速Ｖが設定値Ｖａ以上か否かを判断する（ステップ４）。
【００３４】
ステップ４において車速Ｖが設定値Ｖａ以上である場合、検出した回転操作角δｈに応じて目標挙動指標値Ｄ^* を演算し（ステップ５）、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* に対応する舵角設定値δ_FFを演算し（ステップ６）、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* と、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖの検出値に基づき求めた挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）を演算し、その偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対応する舵角修正値δ_FBを演算し（ステップ７）、その舵角設定値δ_FFと舵角修正値δ_FBの和として目標舵角δ^* を演算する（ステップ８）。
【００３５】
次に、その演算した目標舵角δ^* に対応する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^* を演算し（ステップ９）、その目標駆動電流ｉ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動することで、舵角δが目標舵角δ^* に対応するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップ１０）。
【００３６】
次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ１１）、終了しない場合はステップ１に戻る。
【００３７】
ステップ４において車速Ｖが設定値Ｖａ未満である場合、検出した回転操作角δｈに応じて目標舵角δ^* を演算し（ステップ１２）、しかる後にステップ９において目標舵角δ^* に対応する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^* を演算する。
【００３８】
上記構成によれば、回転操作角δｈに応じた目標挙動指標値Ｄ^* に対応する舵角設定値δ_FFと、その目標挙動指標値Ｄ^* と求めた挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対応する舵角修正値δ_FBとの和である目標舵角δ^* に対応するように、操舵用アクチュエータ２を制御する。その舵角設定値δ_FFは目標舵角δ^* におけるフィードフォワード項に対応し、その舵角修正値δ_FBはフィードバック項に対応することから、フィードフォワード制御とフィードバック制御の統合制御が行われる。これにより、車両の舵角δを操作部材１の操作量に応じて変化させ、且つ、車両の挙動変化に応じて操舵用アクチュエータ２を制御することで車両挙動の最適化を図ることができる。
また、目標挙動指標値Ｄ^* の演算に際して、操作部材１の操作量に対する車両のヨーレートγの比率が車速に関わらず一定とされることで操作性を向上することができる。
さらに、低車速域においてヨーレートγ、横加速度Ｇｙが小さく車両の挙動指標値Ｄが殆ど発生しない場合は、回転操作角δｈに応じて目標舵角δ^* が定められ、中高車速域において車両の挙動指標値Ｄが大きくなる場合は、目標挙動指標値Ｄ^* に対応する舵角設定値δ_FFと、その目標挙動指標値Ｄ^* と実際の挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対応する舵角修正値δ_FBとの和が目標舵角δ^* とされ、その目標舵角δ^* に舵角が一致するように操舵用アクチュエータ２を制御する。そして、低車速域と中高車速域との境界（設定車速Ｖａ）で操舵用アクチュエータ２の制御量を等しくしたので、車両挙動が不安定になるのを防止できる。
【００３９】
図６〜図８を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
図６は、車速が予め設定した車速Ｖａ以上である場合における第２実施形態の制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この第２実施形態においては、車両のドライバーが操作部材１に作用させる操作トルクＴｈが操作部材１の操作量とされる。図６において、Ｇ１１はＴｈに対するＤ^* の調節部の伝達関数である。他は図２と同様である。
【００４０】
制御装置２０は、トルクセンサ１２により検出した操作部材１の操作トルクＴｈに応じた目標挙動指標値Ｄ^* を、操作トルクＴｈと目標挙動指標値Ｄ^* との関係である伝達関数Ｇ１１に基づき演算する。その伝達関数Ｇ１１は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、そのＴｈに対するＤ^* の調節部は比例制御要素とされ、その比例ゲインは車速Ｖに比例するものとされる。これにより、Ｋ_D2を比例定数として以下の式が成立する。
Ｄ^* ＝Ｇ１１・Ｔｈ＝Ｋ１・Ｇｙ＋Ｋ２・γ・Ｖ＝Ｋ_D2・Ｖ・Ｔｈ
よって、操作部材１の操作トルクＴｈに対する車両のヨーレートγの比率が車速に関わらず一定となるように、目標挙動指標値Ｄ^* が演算される。
その比例定数Ｋ_D2は最適な制御を行えるように調整され、例えばπ／２２．５とされる。
δ^* ＝δ_FF＋δ_FB、δ_FF＝Ｄ^* ／Ｇ_D （ｖ）、Ｄ^* ＝Ｋ_D2・Ｖ・Ｔｈであるから、定常状態でδ_FB＝０である時、目標舵角δ^* と操作部材１の操作トルクＴｈとの関係は次式の通りとなる。
δ^* ＝｛Ｋ_D2・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）｝Ｔｈ
なお、伝達関数Ｇ１１を定数とすることにより、操作部材１の操作トルクＴｈに対する車両の横加速度Ｇｙの比率が車速に関わらず一定となるように、目標挙動指標値Ｄ^* を演算してもよい。
【００４１】
図７は、車速が上記予め設定した車速Ｖａ未満である場合における第２実施形態の制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この図７において、Ｇ１２はＴｈに対するδ^* の調節部の伝達関数であり、舵角修正値δ_FBは０とされる。他は図６と同様である。
制御装置２０は、そのトルクセンサ１２より検出した操作部材１の操作トルクＴｈに応じた目標舵角δ^* を、その操作トルクＴｈと目標舵角δ^* との関係である伝達関数Ｇ１２に基づき演算する。その伝達関数Ｇ１２は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、そのＴｈに対するδ^* の調節部は比例制御要素とされ、その比例ゲインＫｂ（ｖ）は車速Ｖの関数とされ、次式が成立する。
δ^* ＝Ｋｂ（ｖ）・Ｔｈ
また、その予め設定した車速Ｖａにおいては、その伝達関数Ｇ１２に基づき求めた目標舵角δ^* と、上記伝達関数Ｇ１１、Ｇ２に基づき求めた舵角設定値δ_FFとを等しくしている。これにより以下の式が成立する。
δ^* ＝δ_FF＝｛Ｋ_D2・Ｖａ・／Ｇ_D （ｖ）｝Ｔｈ＝Ｋｂ（ｖ）・Ｔｈ
そのＫｂ（ｖ）の値は、例えば車速Ｖ＝０ｍ／ｓにおける値を設定し、Ｖ＝２．７８ｍ／ｓにおけるＫ_D2・Ｖａ・／Ｇ_D （ｖ）の値との間を補間することにより求める。
【００４２】
図４における２点鎖線は、車速が上記設定車速Ｖａ以上におけるＫ_D2・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）×１０と車速Ｖとの関係と、車速が上記設定車速Ｖａ未満におけるＫｂ（ｖ）×１０と車速Ｖとの関係とを示す。ここでは、Ｋ_D2＝π／２２．５、ＳＦ＝０．００１１ｓ² ／ｍ² 、Ｌ＝２．５１２ｍとした。Ｋｂ（ｖ）の値は、Ｖ＝０ｍ／ｓにおいて０．１３４とし、Ｖ＝２．７８ｍ／ｓにおけるＫ_D2・Ｖａ・／Ｇ_D （ｖ）の値との間を直線補間により求めた。
この場合、車速ＶがＶａを超える一定値Ｖｂ＝３３．３ｍ／ｓまでは、車速Ｖの増加に従ってＫ_D2・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）が減少するが、その一定車速Ｖｂを超えると車速Ｖの増加に従ってＫ_D2・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）が増加する。そこで、その一定車速Ｖｂ以上では操作トルクＴｈに対する目標舵角δ^* の定常ゲインを一定とし、その一定の定常ゲインとして一定車速ＶｂでのＫ_D2・Ｖ・／Ｇ_D （ｖ）の値を用い、車両挙動が不安定になるのを防止している。
【００４３】
図８のフローチャートを参照して上記第２実施形態の制御装置２０による制御手順を説明する。まず、各センサによる検出データを読み込む（ステップ１０１）。
【００４４】
次に、検出した回転操作角δｈに応じて目標反力トルクＴｍ^* を演算し（ステップ１０２）、その目標反力トルクＴｍ^* に反力トルクＴｍが対応するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップ１０３）。
【００４５】
次に、車速Ｖが設定値Ｖａ以上か否かを判断する（ステップ１０４）。
【００４６】
ステップ１０４において車速Ｖが設定値Ｖａ以上である場合、検出した操作トルクＴｈに応じて目標挙動指標値Ｄ^* を演算し（ステップ１０５）、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* に対応する舵角設定値δ_FFを演算し（ステップ１０６）、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* と、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖの検出値に基づき求めた挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）を演算し、その偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対応する舵角修正値δ_FBを演算し（ステップ１０７）、その舵角設定値δ_FFと舵角修正値δ_FBの和として目標舵角δ^* を演算する（ステップ１０８）。
【００４７】
次に、その演算した目標舵角δ^* に対応する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^* を演算し（ステップ１０９）、その目標駆動電流ｉ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動することで、舵角δが目標舵角δ^* に対応するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップ１１０）。
【００４８】
次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ１１１）、終了しない場合はステップ１０１に戻る。
【００４９】
ステップ１０４において車速Ｖが設定値Ｖａ未満である場合、検出した操作トルクＴｈに応じて目標舵角δ^* を演算し（ステップ１１２）、しかる後にステップ１０９において目標舵角δ^* に対応する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^* を演算する。
他は第１実施形態と同様である。
【００５０】
上記第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、操作部材１の操作量としてドライバーが操作部材１に作用させる操作トルクを採用している。これにより、反力トルクにより操作部材１の過剰な操作を抑制できるだけでなく、ドライバーが操作トルクを作用させてから舵角が変化するまでの間の遅れを低減できるので、ドライバーの操作に対する舵角変化の応答性が向上し、高車速域での急操舵に対しても車両姿勢の立て直しが容易になり走行安定性を向上できる。
【００５１】
図９、図１０を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
図９は、車速が予め設定した車速Ｖａ以上である場合における第３実施形態の制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この第３実施形態においては、第２実施形態と同様に、車両のドライバーが操作部材１に作用させる操作トルクＴｈが操作部材１の操作量とされる。
また、その図９において、Ｔ_FFは反力トルク設定値、δ_D は挙動対応回転操作角、Ｔ_FBは反力トルク修正値、Ｇ１３はδｈに対するＴ_FFの調節部の伝達関数、Ｇ１４はＤに対するδ_D の調節部の伝達関数、Ｇ１５はδｈとδ_D の偏差に対するＴ_FBの調節部の伝達関数である。他は図６と同様である。
【００５２】
その制御装置２０は、その角度センサ１１により検出した操作部材１の回転操作角δｈに応じた反力トルク設定値Ｔ_FFを、その回転操作角δｈと反力トルク設定値Ｔ_FFとの関係である伝達関数Ｇ１３に基づき演算する。その伝達関数Ｇ１３は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、その回転操作角δｈに対する反力トルク設定値Ｔ_FFの調節部は比例制御要素とされ、その比例ゲインＫｔは車速に関わりなく一定とされ、Ｔ_FF＝Ｋｔ・δｈとされる。
なお、反力トルクが過大になることがないように、反力トルク設定値Ｔ_FFの絶対値が予め定めた上限値、例えば１０Ｎ・ｍを超えないようにしてもよい。
【００５３】
その制御装置２０は、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖの検出値に基づき求めた挙動指標値Ｄに対応する挙動対応回転操作角δ_D を、その挙動指標値Ｄと挙動対応回転操作角δ_D との記憶した関係である伝達関数Ｇ１４に基づき演算する。その伝達関数Ｇ１４は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、その挙動指標値Ｄに対する挙動対応回転操作角δ_D の調節部は比例制御要素とされ、その比例ゲインは車速Ｖの関数Ｋδ（ｖ）とされ、δ_D ＝Ｋδ（ｖ）・Ｄとなる。
定常状態においてはＤ^* ＝Ｄ、Ｔｈ＝Ｔｍ＝Ｔ_FFであり、Ｄ^* ＝Ｋ_D2・Ｖ・Ｔｈ、Ｔ_FF＝Ｋｔ・δｈであるから、以下の式が成立する。
Ｄ＝Ｋ_D2・Ｖ・Ｋｔ・δｈ
よって、操作部材１の回転操作角δｈが車両の挙動に対応するためには、すなわちδ_D ＝δｈとなるためには以下の式が成立しなければならない。
δｈ＝δ_D ＝Ｄ／Ｋ_D2・Ｖ・Ｋｔ＝Ｋδ（ｖ）・Ｄ
よって、Ｋδ（ｖ）＝１／Ｋ_D2・Ｋｔ・Ｖであり、そのＫ_D2、Ｋｔは比例定数であるから、Ｋδ（ｖ）は車速Ｖに反比例するものとされ、例えばＫδ（ｖ）＝３／４Ｖとされる。
【００５４】
その制御装置２０は、その検出した回転操作角δｈと演算した挙動対応回転操作角δ_D との偏差（δｈ−δ_D ）を演算し、その偏差（δｈ−δ_D ）に対応する反力トルク修正値Ｔ_FBを、その偏差（δｈ−δ_D ）と反力トルク修正値Ｔ_FBとの関係である伝達関数Ｇ１５に基づき演算する。その伝達関数Ｇ１５は予め定められて制御装置２０に記憶される。
本実施形態では、その伝達関数Ｇ１５は、Ｋｔｐを比例ゲイン、Ｋｔｉを積分ゲインとして、ＰＩ制御がなされるように（Ｋｔｐ＋Ｋｔｉ／ｓ）とされる。そのＫｔｐ、Ｋｔｉは最適な制御を行えるように調整され、例えばＫｔｐ＝１、Ｋｔｉ＝０．０００５とされる。
【００５５】
その制御装置２０は、その反力トルク設定値Ｔ_FFと反力トルク修正値Ｔ_FBの和として目標反力トルクＴｍ^* を演算し、その反力トルクＴｍが目標反力トルクＴｍ^* に対応するように操作用アクチュエータ１９が制御装置２０により制御される。
【００５６】
この第３実施形態において、車速が予め設定した車速未満である場合は反力トルク修正値Ｔ_FBが零とされ、その制御ブロック線図は図７に示す第２実施形態と同様とされる。
【００５７】
図１０のフローチャートを参照して上記第３実施形態の制御装置２０による制御手順を説明する。まず、各センサによる検出データを読み込む（ステップ２０１）。
【００５８】
次に、車速Ｖが設定値Ｖａ以上か否かを判断する（ステップ２０２）。
【００５９】
ステップ２０２において車速Ｖが設定値Ｖａ以上である場合、検出した回転操作角δｈに応じて反力トルク設定値Ｔ_FFを演算し（ステップ２０３）、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖの検出値に基づき求めた挙動指標値Ｄに応じて挙動対応回転操作角δ_D を演算し（ステップ２０４）、その回転操作角δｈと挙動対応回転操作角δ_D との偏差（δｈ−δ_D ）に対応する反力トルク修正値Ｔ_FBを演算し（ステップ２０５）、その反力トルク設定値Ｔ_FFと反力トルク修正値Ｔ_FBとの和である目標反力トルクＴｍ^* に反力トルクＴｍが対応するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップ２０６）。
【００６０】
次に、検出した操作トルクＴｈに応じて目標挙動指標値Ｄ^* を演算し（ステップ２０７）、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* に対応する舵角設定値δ_FFを演算し（ステップ２０８）、その演算した目標挙動指標値Ｄ^* と、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖの検出値に基づき求めた挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）を演算し、その偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対応する舵角修正値δ_FBを演算し（ステップ２０９）、その舵角設定値δ_FFと舵角修正値δ_FBの和として目標舵角δ^* を演算する（ステップ２１０）。
【００６１】
次に、その演算した目標舵角δ^* に対応する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^* を演算し（ステップ２１１）、その目標駆動電流ｉ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動することで、舵角δが目標舵角δ^* に対応するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップ２１２）。
【００６２】
次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ２１３）、終了しない場合はステップ２０１に戻る。
【００６３】
ステップ２０２において車速Ｖが設定値Ｖａ未満である場合、検出した回転操作角δｈに応じて目標反力トルクＴｍ^* を演算し（ステップ２１４）、その目標反力トルクＴｍ^* に反力トルクＴｍが対応するように操作用アクチュエータ１９を制御し（ステップ２１５）、検出した操作トルクＴｈに応じて目標舵角δ^* を演算し（ステップ２１６）、しかる後にステップ２１１において目標舵角δ^* に対応する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^* を演算する。
他は第２実施形態と同様とされている。
【００６４】
上記第３実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、車両の実際の挙動指標値Ｄに対応する挙動対応回転操作角δ_D と、検出した回転操作角δｈとの偏差に応じて反力トルク修正値Ｔ_FBを求め、その反力トルク修正値Ｔ_FBと、回転操作角δｈに対応する反力トルク設定値Ｔ_FFとの和を目標反力トルクＴｍ^* とするので、反力トルクＴｍは実際の車両挙動変化を反映したものとなる。これにより、急操舵に対する車両姿勢の立て直しがより容易になって走行安定性を向上でき、車両の運動特性がドライバーの操作トルクに対応したものとなり、操作トルクに応じた車両の操舵が可能になる。
また、低車速域において車両の挙動指標値Ｄが殆ど発生しない場合は、回転操作角δｈに応じた反力トルク設定値Ｔ_FFに反力トルクが一致するように操作用アクチュエータ１９を制御し、中高車速域において車両の挙動指標値Ｄが大きくなる場合は、その反力トルク設定値Ｔ_FFと反力トルク修正値Ｔ_FBとの和である目標反力トルクＴｍ^* に反力トルクＴｍが一致するように、操作用アクチュエータ１９を制御することができる。よって、低車速域と中高車速域との境界で操作用アクチュエータ１９の制御量が急変することがなく、且つ、車両の挙動変化に応じて操作用アクチュエータ１９を制御することで、ドライバーの操作トルクＴｈに応じて車両を操ることができる。
【００６５】
図１１は第１実施形態の変形例における制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この変形例では、第１実施形態における横加速度加重比を零、ヨーレート加重比を１とすることで、挙動指標値としてＤに代えてヨーレートγを採用し、比例制御要素とされたδｈに対するγ^* の調節部の比例ゲインを定数Ｋγａ、例えば４／３とすることでγ^* ＝Ｇ１・δｈ＝Ｋγａ・δｈとする以外は第１実施形態と同様とされている。
図１２は第２実施形態の変形例における制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この変形例では、第２実施形態における横加速度加重比を零、ヨーレート加重比を１とすることで、挙動指標値としてＤに代えてヨーレートγを採用し、比例制御要素とされたＴｈに対するγ^* の調節部の比例ゲインを定数Ｋγｂ、例えばπ／２２．５とすることでγ^* ＝Ｇ１１・Ｔｈ＝Ｋγｂ・Ｔｈとする以外は第２実施形態と同様とされている。
図１３は第３実施形態の変形例における制御装置２０の制御ブロック線図を示す。この変形例では、第３実施形態における横加速度加重比を零、ヨーレート加重比を１とすることで、挙動指標値としてＤに代えてヨーレートγを採用し、比例制御要素とされたＴｈに対するγ^* の調節部の比例ゲインを定数Ｋγｂ、例えばπ／２２．５としてγ^* ＝Ｇ１１・Ｔｈ＝Ｋγｂ・Ｔｈとし、また、比例制御要素とされたγに対するδ_D の調節部の比例ゲインを定数Ｋδ、例えば３／４としてδ_D ＝Ｋδ・γとする以外は第３実施形態と同様とされている。
なお、上記各変形例の制御ブロック線図は車速が設定値以上である場合を示し、車速が設定値未満である場合は対応する実施形態における制御ブロック線図の挙動指標値のＤをγに置き換えたものとなる。
【００６６】
図１４〜図２５を参照して本発明の第４実施形態を説明する。なお、上記第１〜第３実施形態と同様部分は同一符号で示し、相違点のみを説明する。
上記各実施形態では、目標挙動指標値Ｄ^* と舵角設定値δ_FFとの関係に対応する伝達関数Ｇ２を、舵角に対する横加速度の定常ゲインの逆数としている。また、目標挙動指標値Ｄ^* と挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）と舵角修正値δ_FBとの関係に対応する伝達関数Ｇ３を、比例積分（ＰＩ）制御がなされるように定めている。すなわち、その舵角設定値δ_FFと舵角修正値δ_FBとは、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答特性を考慮して設定されたものではない。そのため、舵角変化後に車両挙動が定常状態になるまでの間における操舵フィーリングや車両挙動の安定性の向上を十分に図ることができない場合がある。
【００６７】
そこで本第４実施形態では、第１〜第３実施形態における目標挙動指標値Ｄ^* と舵角設定値δ_FFとの関係に対応する伝達関数Ｇ２と、目標挙動指標値Ｄ^* と挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）と舵角修正値δ_FBとの関係に対応する伝達関数Ｇ３とを、その過渡応答特性を考慮して設定し、他の構成は第１〜第３実施形態と同様するものである。
【００６８】
まず、舵角δに対する挙動指標値Ｄの伝達関数Ｇ_D （ｓ）を求め、この求めた伝達関数の逆関数１／Ｇ_D （ｓ）を、Ｄ^* に対するδ_FFの伝達関数Ｇ２に対応するものとしている。その伝達関数Ｇ_D （ｓ）は、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答に対応するように、車両の横加速度Ｇｙとヨーレートγと舵角δと車速Ｖとを未知数として含む予め求められた運動方程式に基づき、そのＫ１およびＫ２の中の少なくとも一方を含むように導出されている。一例として、タイヤの横すべり角とコーナリングフォースとが比例するタイヤ線形領域の車両運動においては、前後左右の４車輪を車体中心における前後２車輪とみなす二輪車モデルを用いる場合、以下の運動方程式が成立する。もちろん、運動方程式はこれに限定されるものではない。
Ｖ・γ（ｓ）＝δ（ｓ）・Ｖ・Ｇ_r ・（１＋Ｔ_r ｓ）／（１＋２ζｓ／ω_n ＋ｓ² ／ω_n ² ）
Ｇｙ（ｓ）＝δ（ｓ）・Ｖ・Ｇ_r ・（１＋Ｔ_y1ｓ＋Ｔ_y2ｓ² ）／（１＋２ζｓ／ω_n ＋ｓ² ／ω_n ² ）
また、Ｄ＝Ｋ１・Ｇｙ＋Ｋ２・γ・Ｖであるから、伝達関数Ｇ_D （ｓ）は次式となる。
Ｇ_D （ｓ）＝Ｄ（ｓ）／δ（ｓ）＝Ｖ・Ｇ_r ・｛１＋（Ｋ１・Ｔ_y1＋Ｋ２・Ｔ_r ）ｓ＋Ｋ１・Ｔ_y2ｓ² ｝／（１＋２ζｓ／ω_n ＋ｓ² ／ω_n ² ）
なお、ここではＧ_D （ｓ）はＫ１、Ｋ２を含むが、Ｋ１＋Ｋ２＝１であるので、何れか一方のみを含む式にできる。
そのＴ_r 、Ｔ_y1、Ｔ_y2は時定数であって、Ｌ_f を前輪車軸と車両重心との距離、Ｌ_r を後輪車軸と車両重心との距離、Ｉ_z を車両慣性モーメント、Ｋ_r を後輪のコーナリングパワーとして次式により求められる。
Ｔ_r ＝ｍ・Ｌ_f ・Ｖ／２Ｌ・Ｋ_r
Ｔ_y1＝Ｌ_r ／Ｖ
Ｔ_y2＝Ｉ_z ／２Ｌ・Ｋ_r
Ｇ_r は舵角に対するヨーレートの定常ゲインで次式により求められる。
Ｇ_r ＝Ｖ／｛（１＋ＳＦ・Ｖ² ）・Ｌ｝
また、ω_n は車両の自然角周波数、ζは減衰比で、Ｋ_f を前輪のコーナリングパワー、ｍを車両質量として次式により求められる。
ω_n ＝（２Ｌ／Ｖ）・｛Ｋ_f ・Ｋ_r ・（１＋ＳＦ・Ｖ² ）／（ｍ・Ｉ_z ）｝^1/2 ζ＝｛ｍ・（Ｌ_f ² ・Ｋ_f ＋Ｌ_r ² ・Ｋ_r ）＋Ｉ_z ・（Ｋ_f ＋Ｋ_r ）｝／２Ｌ／｛ｍ・Ｉ_z ・Ｋ_f ・Ｋ_r ・（１＋ＳＦ・Ｖ² ）｝^1/2
よって、伝達関数Ｇ２は次式により示される。
Ｇ２＝１／Ｇ_D （ｓ）＝（１／ＶＧ_r ）・（１＋２ζｓ／ω_n ＋ｓ² ／ω_n ² ）／｛１＋（Ｋ１・Ｔ_y1＋Ｋ２・Ｔ_r ）ｓ＋Ｋ１・Ｔ_y2ｓ² ｝
なお、その伝達関数Ｇ_D （ｓ）の式によれば、Ｋ１＋Ｋ２＝１であるので、Ｋ１の値は定常ゲインに影響しないので、車速に関わらずハンドル角に対してヨーレートを一定に保つことができる。
【００６９】
図１４は、上記伝達関数Ｇ_D （ｓ）におけるδのステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と挙動指標値Ｄとの関係を表す。ここでは、車速Ｖを一定値（１６．７ｍ／ｓ）とし、Ｋ１を０から１まで０．２５ステップで変化させた。なお、ｍ＝１５００ｋｇ、Ｉ_z ＝１９５０ｋｇ・ｍ² 、Ｋ_f ＝５４４３０Ｎ／ｒａｄ、Ｋ_r ＝６４７７０Ｎ／ｒａｄ、Ｌ＝２．５１５ｍ、Ｌ_f ＝１．０２３ｍ、Ｌ_r ＝１．４９２ｍ、ＳＦ＝０．００１４ｓ² ／ｍ² とした。
【００７０】
図１５の（１）〜（４）は、上記伝達関数Ｇ_D （ｓ）におけるδのステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と挙動指標値Ｄとの関係を表す。各図においては、Ｋ１を一定値とし、車速Ｖを８．３３ｍ／ｓ、１１．１ｍ／ｓ、１６．７ｍ／ｓ、２２．２ｍ／ｓ、３３．３ｍ／ｓ、４１．７ｍ／ｓ、５０．０ｍ／ｓとした。図１５の（１）ではＫ１＝０．５とし、図１５の（２）ではＫ１＝０．１とし、図１５の（３）ではＫ１＝１としてＤ＝Ｇｙの応答結果を示し、図１５の（４）ではＫ１＝０とてＤ＝Ｖ・γの応答結果を示した。他は図１４で示す応答シミュレーションと同様とした。
【００７１】
図１４、図１５の（１）〜（４）より、舵角δの変化に対する挙動指標値Ｄの時間的な変化は車速およびＫ１とＫ２の値に応じて大きく異なる。すなわち、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答特性に対して、応答初期においてはＧｙが支配的であり、その後はγが支配的となり、Ｋ１を小さくすると低速域での応答の初期値は抑制されるが高速域でのオーバーシュートは強調される。よって、上記第１〜第３実施形態において、Ｋ１を適当に小さく設定してフィードバック制御による補償を行うことで、舵角変化に対する横加速度とヨーレートの過渡応答において、低車速での速応性を確保しつつ高車速での安定性を改善できる。このようなフィードバック制御における応答性の改善に対して、本第４実施形態では、フィードフォワード制御における応答性の改善を図り、また、フィードバック制御における応答性の改善も併せて行うことでフィードフォワード制御とフィードバック制御との統合制御の優位性を生かした応答性の改善を行い、さらに、そのＫ１、Ｋ２の値の適正化で応答性の一層の改善を図るものである。
【００７２】
図１６の（１）〜（３）は、図１７に示すシミュレーションモデルにおいて、Ｄ^* のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と挙動指標値Ｄとの関係を表す。ここでは、Ｄ^* に対するδ_FFの伝達関数Ｇ２を、本第４実施形態との比較のために、第１実施形態と同様に１／Ｇ_D （ｖ）とした。なお、そのシミュレーションモデルでは、δ_FFに対するδの伝達関数を時定数０．１（ｓｅｃ）の一次遅れ系１／（０．１ｓ＋１）で近似した。車速Ｖを８．３３ｍ／ｓ、１６．７ｍ／ｓ、３３．３ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓとした。図１６（１）ではＫ１＝０．５とし、図１６（２）ではＫ１＝１としてＤ＝Ｇｙの応答結果を示し、図１６（３）ではＫ１＝０としてＤ＝Ｖ・γの応答結果を示した。
【００７３】
図１８の（１）〜（４）、図１９の（１）〜（４）は、図１７に示すシミュレーションモデルにおいて伝達関数Ｇ２を上記Ｇ_D （ｓ）の逆関数とした場合における、Ｄ^* のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角δ、挙動指標値Ｄ、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγとの関係を表す。ここでは、車速Ｖを８．３３ｍ／ｓ、１６．７ｍ／ｓ、３３．３ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓとし、図１８の（１）〜（４）ではＫ１＝０．５とし、図１９の（１）〜（４）ではＫ１＝０．２５とした。
【００７４】
図１８の（１）〜（４）、図１９の（１）〜（４）に示す応答結果によれば、δ、Ｇｙ、γの動的変化は車速毎に互いに異なるが、Ｄの動的変化は車速に関わらず一定となるのが確認される。また、図１６の（１）〜（３）に示す応答結果に比べて速応性と安定性が改善されている。さらに、Ｋ１＝０．２５とした場合、Ｋ１＝０．５とする場合よりも、Ｇｙおよびγの低車速での速応性とγの高車速でのオーバーシュートが改善されている。
【００７５】
さらに、Ｋ１およびＫ２は、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答が車速Ｖに関わらず予め求めた一定の応答に対応するように、車速Ｖの関数とされている。本実施形態では、図１９の（４）に示すＶ＝３３．３ｍ／ｓでのγのシミュレーションモデルを規範とし、各車速でのγの過渡応答が規範とした車速での過渡応答に可及的に一致するように、Ｋ１を次式で示す車速Ｖの関数とした。
Ｋ１＝−０．０００２２０５（Ｖ−３３．３）² ＋０．２４５
このＶとＫ１との関係を図２０に示す。この場合、Ｖ＝８．３３ｍ／ｓでＫ１は０．１０、Ｖ＝１６．７ｍ／ｓでＫ１は０．１９、Ｖ＝３３．３ｍ／ｓでＫ１は０．２５、Ｖ＝５０．０ｍ／ｓでＫ１は０．１９に補正される。
【００７６】
その補正されたＫ１の値を用いて得た応答シミュレーションの結果を図２１の（１）〜（４）に示す。Ｄ^* のステップ入力に対して、図２１の（１）はδ、図２１の（２）はＤ、図２１の（３）はＧｙ、図２１の（４）はγの、上記各車速での応答シミュレーション結果を示す。
【００７７】
図２１の（１）〜（４）に示す応答結果によれば、上記補正したＫ１の値を用いた過渡応答では図１９の（１）〜（４）に示す応答結果に比べて、γについては略同等の応答特性が得られ、しかも全ての車速域においてＧｙの速応性が改善されている。
【００７８】
また、第４実施形態においては、目標挙動指標値Ｄ^* と挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対するδ_FBの伝達関数Ｇ３を、舵角δに対する挙動指標値Ｄの上記伝達関数Ｇ_D （ｓ）の逆関数に対応するものとしている。
【００７９】
図２２の（１）〜（４）、図２３の（１）〜（４）は、図２４に示すシミュレーションモデルにおけるＤ^* のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角δ、挙動指標値Ｄ、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγとの関係を表す。そのシミュレーションモデルにおいては、伝達関数Ｇ２は上記のように伝達関数Ｇ_D （ｓ）の逆関数とし、さらに、Ｋ１を上記のように車速Ｖの関数として補正した。そして、偏差（Ｄ^* −Ｄ）に対するδ_FBの伝達関数Ｇ３は比例制御要素とし、その比例ゲインを図２２の（１）〜（４）で示す応答では１とし、図２３の（１）〜（４）で示す応答では０．０５とした。なお、そのシミュレーションモデルでは、δ^* に対するδの伝達関数を時定数０．１（ｓｅｃ）の一次遅れ系１／（０．１ｓ＋１）で近似し、それ以外は第１実施形態におけるＤ^* に対するＤの制御を示すブロック線図部分と同様とされている。車速Ｖは８．３３ｍ／ｓ、１６．７ｍ／ｓ、３３．３ｍ／ｓ、５０．０ｍ／ｓとした。
図２２の（２）、（３）より、伝達関数Ｇ３の比例ゲインが大きいと高車速域ではオーバーシュートが大きくなる。図２３の（２）、（３）より、伝達関数Ｇ３の比例ゲインを小さくするとオーバーシュートを抑制できるが、この場合の応答特性は（Ｄ^* −Ｄ）に対するδ_FBの調節部を設けない図２１で示す応答結果と同等になり、フィードバック制御を行なう優位性を十分に生かすことができない。
【００８０】
そこで、上記のようにフィードフォワード制御とフィードバック制御の統合制御の優位性を生かした応答性の改善を行うため、（Ｄ^* −Ｄ）に対するδ_FBの伝達関数Ｇ３を、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答特性を考慮して設定している。すなわち、図２４に示すシミュレーションモデルにおいて、δ^* に対するδの伝達関数をＧ_a とすると、次式が成立する。
｛Ｇ２・Ｄ^* ＋Ｇ３・（Ｄ^* −Ｄ）｝Ｇ_a ・Ｇ_D （ｓ）＝Ｄ
これをＤについて解くと次式となる。
Ｄ＝Ｄ^* ・（Ｇ２＋Ｇ３）・Ｇ_a ・Ｇ_D ／（Ｇ３・Ｇ_a ・Ｇ_D （ｓ）＋１）
Ｄ^* からＤへの規範とする伝達関数Ｄ／Ｄ^* をＧとおくと、Ｇ２＝１／Ｇ_D （ｓ）であるから、次式が成立する。
Ｇ＝（１＋Ｇ_D （ｓ）・Ｇ３）・Ｇ_a ／（Ｇ３・Ｇ_a ・Ｇ_D （ｓ）＋１）
これをＧ３について解くと次式となる。
Ｇ３＝（Ｇ−Ｇ_a ）／｛Ｇ_a ・Ｇ_D （ｓ）・（１−Ｇ）｝
ここで、Ｇを時定数Ｔ_a の一次遅れ系１／（Ｔ_a ・ｓ＋１）、Ｇ_a を時定数Ｔ_b の一次遅れ系１／（Ｔ_b ・ｓ＋１）とすると、Ｇ３は次式となる。
Ｇ３＝（Ｔ_b ／Ｔ_a −１）／Ｇ_D （ｓ）
Ｔ_a ＝Ｔ_b ／２の場合、
Ｇ２＝Ｇ３＝１／Ｇ_D （ｓ）となる。すなわち、伝達関数Ｇ３が伝達関数Ｇ_D （ｓ）の逆関数に対応する。
【００８１】
図２５の（１）〜（４）は、図２４のシミュレーションモデルにおいて、Ｇ２＝Ｇ３＝１／Ｇ_D （ｓ）とし、上記のようにＫ１を車速Ｖの関数として補正した場合の、Ｄ^* のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角δ、挙動指標値Ｄ、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγとの関係を表す。車速Ｖは８．３３ｍ／ｓ、１６．７ｍ／ｓ、３３．３ｍ／ｓ、５０．０ｍ／ｓとした。なお、比較のために、（Ｄ^* −Ｄ）に対するδ_FBの調節部のない図１７で示すシミュレーションモデルにおいて、車速を８．３３ｍ／ｓとした時の応答シミュレーション結果を破線で示し、車速を５０．０ｍ／ｓとした時の応答シミュレーション結果を一点鎖線で示す。
【００８２】
図２５の（１）〜（４）で示される過渡応答においては、立ち上がり時の応答が速く、高速域でのＤおよびγのオーバーシュートが抑制され、速応性、安定性ともに改善されている。
【００８３】
上記第４実施形態によれば、第１〜第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、目標挙動指標値Ｄ^* と舵角設定値δ_FFとの関係が、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答特性に対応する伝達関数Ｇ_D （ｓ）の逆関数に対応するので、その過渡応答の速応性および安定性をフィードフォワード制御により向上できる。また、目標挙動指標値Ｄ^* と挙動指標値Ｄとの偏差（Ｄ^* −Ｄ）と舵角修正値δ_FBとの関係が、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答特性に対応する伝達関数Ｇ_D （ｓ）の逆関数に対応するので、その過渡応答の速応性および安定性をフィードバック制御により向上できる。さらに、Ｋ１およびＫ２を車速Ｖの関数とし、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答を車速に関わらず予め求めた一定の応答に対応させることで、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答を、規範とする応答に対応させ、その過渡応答特性の改善を図ることができる。よって、操舵フィーリングや車両挙動の安定性を向上できる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、ステアバイワイヤシステムにおいて、低車速域から中高車速域に亘り車両挙動を不安定にすることなく、車両の舵角を操作部材の操作量に応じて変化させることができ、車両挙動の最適化を図ることができ、操作性を向上することができ、高車速域での急操舵に対しても車両姿勢の立て直しが容易で走行安定性を向上でき、操作トルクに応じて車両を操ることができ、さらに、舵角変化に対する車両挙動の過渡応答の速応性および安定性を向上し、操舵フィーリングや車両挙動の安定性を向上できる車両用操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の第１実施形態の操舵装置において設定車速以上である場合の制御ブロック線図
【図３】本発明の第１実施形態の操舵装置において設定車速未満である場合の制御ブロック線図
【図４】本発明の第１実施形態の操舵装置における回転操作角に対する目標舵角の定常ゲインと車速との関係と、第２実施形態の操舵装置における操作トルクに対する目標舵角の定常ゲインと車速との関係を示す図
【図５】本発明の第１実施形態の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の第２実施形態の操舵装置において設定車速以上である場合の制御ブロック線図
【図７】本発明の第２実施形態の操舵装置において設定車速未満である場合の制御ブロック線図
【図８】本発明の第２実施形態の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図９】本発明の第３実施形態の操舵装置において設定車速以上である場合の制御ブロック線図
【図１０】本発明の第３実施形態の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図１１】本発明の第１実施形態の変形例における設定車速以上である場合の制御ブロック線図
【図１２】本発明の第２実施形態の変形例における設定車速以上である場合の制御ブロック線図
【図１３】本発明の第３実施形態の変形例における設定車速以上である場合の制御ブロック線図
【図１４】本発明の第４実施形態の舵角に対する挙動指標値の伝達関数において、Ｋ１を変化させた場合の舵角のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と挙動指標値との関係を表す図
【図１５】（１）〜（４）はそれぞれ、本発明の第４実施形態の舵角に対する挙動指標値の伝達関数において、車速を変化させた場合における舵角のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と挙動指標値との関係を表す図
【図１６】（１）〜（３）は、図１７に示すシミュレーションモデルを用い、目標挙動指標値に対する舵角設定値の伝達関数を本発明の第１実施形態と同様とし、車速を変化させた場合における目標挙動指標値のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と挙動指標値との関係を表す図
【図１７】シミュレーションモデルを示す図
【図１８】（１）〜（４）は、図１７に示すシミュレーションモデルを用い、Ｋ１＝０．５とし、車速を変化させた場合における目標挙動指標値のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角、挙動指標値、横加速度、ヨーレートとの関係を表す図
【図１９】（１）〜（４）は、図１７に示すシミュレーションモデルを用い、Ｋ１＝０．２５と、車速を変化させた場合における目標挙動指標値のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角、挙動指標値、横加速度、ヨーレートとの関係を表す図
【図２０】車速とＫ１との関係を示す図
【図２１】（１）〜（４）は、図１７に示すシミュレーションモデルを用い、Ｋ１を車速の関数とし、車速を変化させた場合における目標挙動指標値のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角、挙動指標値、横加速度、ヨーレートとの関係を表す図
【図２２】（１）〜（４）は、図２４に示すシミュレーションモデルを用い、目標挙動指標値と挙動指標値との偏差に対する舵角修正値の伝達関数を比例制御要素とし、その比例ゲインを１とし、車速を変化させた場合における目標挙動指標値のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角、挙動指標値、横加速度、ヨーレートとの関係を表す図
【図２３】（１）〜（４）は、図２４に示すシミュレーションモデルを用い、目標挙動指標値と挙動指標値との偏差に対する舵角修正値の伝達関数を比例制御要素とし、その比例ゲインを０．０５とし、車速を変化させた場合における目標挙動指標値のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角、挙動指標値、横加速度、ヨーレートとの関係を表す図
【図２４】別のシミュレーションモデルを示す図
【図２５】（１）〜（４）は、本発明の第４実施形態において、図２４に示すシミュレーションモデルを用い、車速を変化させた場合における目標挙動指標値のステップ入力に対する応答シミュレーション結果を示す時間と舵角、挙動指標値、横加速度、ヨーレートとの関係を表す図
【符号の説明】
１操作部材
２操舵用アクチュエータ
３ステアリングギヤ
４車輪
１１角度センサ
１２トルクセンサ
１４速度センサ
１５横加速度センサ
１６ヨーレートセンサ
１９操作用アクチュエータ
２０制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus employing a so-called steer-by-wire system.
[0002]
[Prior art]
In a steering apparatus for a vehicle that employs a steer-by-wire system, the steering angle changes without mechanically connecting the operating member to the wheel, depending on the operation amount of a rotary operating member that imitates a steering wheel. Is transmitted to that wheel.
[0003]
Conventionally, a target rudder angle corresponding to the operation amount of the operation member is determined, and the steering actuator is controlled so that the rudder angle becomes the target rudder angle. Further, the target value of the yaw rate corresponding to the change in the behavior of the vehicle due to the change in the steering angle is determined according to the operation amount of the operation member, the target steering angle is determined so that the detected yaw rate of the vehicle becomes the target yaw rate, and the steering angle It has also been proposed to control the steering actuator so that becomes the target rudder angle. Furthermore, in order to provide the driver with a steering feeling similar to that of a normal vehicle in which the steering wheel and the wheel are mechanically connected, an operation actuator that generates a reaction torque acting on the operation member is provided. A reaction torque corresponding to the operation amount of the operation member is applied.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the target rudder angle corresponding to the operation amount of the operation member is determined, the actual vehicle behavior cannot be reflected, and thus control for optimizing the vehicle behavior cannot be performed.
[0005]
When the target rudder angle is determined in accordance with the actual yaw rate of the vehicle, the yaw rate is hardly generated in the low vehicle speed range, so that the steering actuator cannot be properly controlled. Therefore, in the low vehicle speed range, the target steering angle is determined according to the operation amount of the operating member to control the steering actuator, and in the middle and high vehicle speed range, the target steering angle is determined according to the actual vehicle yaw rate. However, since the control amount of the steering actuator changes suddenly at the boundary between the low vehicle speed range and the medium and high vehicle speed range, the vehicle behavior becomes unstable.
Further, in the conventional configuration, the response of the steering angle change to the operation of the operation member is not sufficient.
[0006]
An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can solve the above-described problems.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The vehicle steering apparatus of the present invention includes an operation member, a steering actuator driven by the operation of the operation member, and the movement of the steering actuator.in frontThe steering angle changes according to the movement without mechanical connection to the wheel.in frontMeans for transmitting to the wheel; means for obtaining a behavior index value corresponding to a change in the behavior of the vehicle due to a change in steering angle; means for detecting an operation amount of the operation member; and a target behavior index value corresponding to the detected operation amount Is calculated based on the stored relationship between the manipulated variable and the target behavior index value, and the rudder angle setting value corresponding to the calculated target behavior index value is calculated between the target behavior index value and the rudder angle setting value. A means for calculating based on the stored relationship and a steering angle correction value corresponding to the deviation between the target behavior index value and the calculated behavior index value are calculated based on the stored relationship between the deviation and the steering angle correction value. And means for controlling the steering actuator so that the rudder angle corresponds to a target rudder angle that is the sum of the rudder angle setting value and the rudder angle correction value.The target behavior index value is calculated so that the ratio of the yaw rate or the lateral acceleration of the vehicle to the operation amount of the operation member is constant regardless of the vehicle speed.It is characterized by that.
According to the configuration of the present invention, the steering angle setting value corresponding to the target behavior index value corresponding to the operation amount of the operation member, and the steering angle correction value corresponding to the deviation between the target behavior index value and the calculated behavior index value The steering actuator is controlled so as to correspond to the target rudder angle that is the sum of the two. Since the steering angle setting value corresponds to the feedforward term at the target steering angle and the steering angle correction value corresponds to the feedback term, integrated control of feedforward control and feedback control is performed. Accordingly, the vehicle behavior can be optimized by changing the steering angle of the vehicle in accordance with the operation amount of the operation member and controlling the steering actuator in accordance with the change in behavior of the vehicle.
As the behavior index value, the yaw rate or lateral acceleration of the vehicle can be adopted. Further, assuming that the lateral acceleration of the vehicle is Gy, the yaw rate of the vehicle is γ, the lateral acceleration weighting ratio is K1, the yaw rate weighting ratio is K2, the vehicle speed is V, and K1 + K2 = 1, D = K1 · Gy + K2 · γ · V D may be a behavior index value.
[0008]
Also,With steering wheelin frontIn a vehicle in which wheels are mechanically connected, the ratio of the steering angle to the steering wheel operation amount is constant. Therefore, the steady gains of the yaw rate and lateral acceleration with respect to the steering wheel operation amount are such that the vehicle speed increases. Increase.
On the other hand, according to the above configuration, the operability can be improved by making the ratio of the yaw rate or the lateral acceleration of the vehicle to the operation amount of the operation member constant regardless of the vehicle speed.
[0009]
The operation member is rotated, and the operation amount of the operation member is an operation torque that is applied to the operation member by a driver of the vehicle, and an operation actuator that generates a reaction force torque that is applied to the operation member is provided. Means provided for detecting a rotation operation angle of the operation member due to an effect of a deviation between the detected operation torque and the generated reaction force torque, and a target reaction force torque corresponding to the detected rotation operation angle is obtained as the rotation operation angle. It is preferable to include means for calculating based on the stored relationship between the torque and the target reaction torque, and means for controlling the operating actuator so that the reaction torque corresponds to the target reaction torque.
When the rotation operation angle corresponding to the deviation between the operation torque and the reaction torque is adopted as the operation amount of the operation member, excessive operation of the operation member can be suppressed by the reaction force torque, but the driver can apply the operation torque. There is a delay between the rotation of the operating member and the rotation of the operating member. Due to the delay, the response of the steering angle change to the operation of the operation member is lowered.
On the other hand, according to the said structure, the operation torque which a driver acts on an operation member is employ | adopted as the operation amount of an operation member. As a result, not only can the excessive operation of the operating member be suppressed by the reaction force torque, but also the delay between the driver's operating torque being applied and the steering angle changing can be reduced. The responsiveness of the vehicle is improved, and the vehicle posture can be easily re-established even when the vehicle is suddenly steered at a high vehicle speed range, and the running stability can be improved.
[0010]
Alternatively, the operation member is rotated, and the operation amount of the operation member is an operation torque that is applied to the operation member by a driver of the vehicle, and an operation force that generates a reaction force torque that is applied to the operation member. An actuator is provided, and a means for detecting the rotation operation angle of the operation member due to the effect of the deviation between the detected operation torque and the generated reaction force torque, and a reaction force torque set value corresponding to the detected rotation operation angle are Means for calculating based on the stored relationship between the rotation operation angle and the reaction force torque setting value, and the behavior-related rotation operation angle of the operation member corresponding to the obtained behavior index value, the behavior index value and the behavior-corresponding rotation operation angle And a reaction force torque correction value corresponding to the deviation between the detected rotation operation angle and the calculated behavior-corresponding rotation operation angle, the deviation and the reaction force torque. The means for calculating based on the stored relationship with the positive value, and the operating actuator so that the reaction torque corresponds to the target reaction torque that is the sum of the reaction torque set value and the reaction torque correction value. And means for controlling.
According to this configuration, the operation torque that the driver acts on the operation member is employed as the operation amount of the operation member. As a result, not only can the excessive operation of the operating member be suppressed by the reaction force torque, but also the delay between the driver's operating torque being applied and the steering angle changing can be reduced. The responsiveness of the vehicle is improved, and the vehicle posture can be easily re-established even when the vehicle is suddenly steered at a high vehicle speed range, and the running stability can be improved.
Furthermore, a reaction force torque correction value is obtained according to the deviation between the behavior corresponding rotation operation angle corresponding to the actual behavior index value of the vehicle and the detected rotation operation angle, and the reaction force torque correction value and the rotation operation angle are Since the sum of the corresponding reaction force torque set values and the target reaction force torque is set, the reaction force torque reflects the actual behavior change of the vehicle. This makes it easier to reposition the vehicle with respect to sudden steering and improves running stability, and the vehicle's motion characteristics correspond to the driver's operating torque, making it possible to steer the vehicle according to the operating torque. .
In this case, it is preferable to set the reaction torque correction value to zero below a preset vehicle speed.
As a result, even when the vehicle behavior index value hardly occurs in the low vehicle speed range, the operation actuator is controlled so that the reaction torque matches the reaction torque set value corresponding to the rotation operation angle. When the vehicle behavior index value increases, the operating actuator can be controlled so that the reaction torque matches the target reaction torque, which is the sum of the reaction torque setting value and the reaction torque correction value. it can. Therefore, the control amount of the operating actuator does not change suddenly at the boundary between the low vehicle speed range and the medium-high vehicle speed range, and the operating actuator is controlled according to the change in the behavior of the vehicle. Can control the vehicle.
[0011]
If the vehicle speed is less than a preset value, the target rudder angle corresponding to the detected operation amount of the operation member is calculated based on the stored relationship between the operation amount of the operation member and the target rudder angle, and the steering angle correction value is set to zero. Is preferable.
As a result, when the yaw rate and lateral acceleration are low in the low vehicle speed range and the vehicle behavior index value hardly occurs, the target rudder angle is determined according to the operation torque, and the vehicle behavior index value increases in the medium and high vehicle speed range Is the sum of the rudder angle set value corresponding to the target behavior index value and the rudder angle correction value corresponding to the deviation between the target behavior index value and the actual behavior index value. The steering actuator can be controlled so that the steering angles coincide. Then, the control amount of the steering actuator is made equal at the boundary between the low vehicle speed range and the medium-high vehicle speed range, and it is possible to prevent the vehicle behavior from becoming unstable.
[0012]
As the behavior index values, when the lateral acceleration of the vehicle is Gy, the vehicle yaw rate is γ, the vehicle speed is V, the lateral acceleration weighting ratio is K1, the yaw rate weighting ratio is K2, and K1 + K2 = 1, D = K1 · Gy + K2 · A value D represented by γ · V is obtained, and a relationship stored between the target behavior index value and the steering angle setting value corresponds to an inverse function of a transfer function of the behavior index value with respect to the steering angle, and The transfer function of the behavior index value with respect to the rudder angle is based on a previously obtained equation of motion that includes the lateral acceleration, yaw rate, rudder angle, and vehicle speed as unknowns so as to correspond to the transient response of the vehicle behavior to the rudder angle change. , It is preferably derived so as to include at least one of K1 and K2.
As a result, the relationship between the target behavior index value and the rudder angle setting value corresponds to the inverse function of the transfer function corresponding to the transient response characteristic of the vehicle behavior with respect to the rudder angle change, so the speed response and stability of the transient response can be reduced. The feedforward control can improve the steering feeling and the stability of the vehicle behavior.
[0013]
The stored relationship between the deviation between the target behavior index value and the behavior index value and the steering angle correction value preferably corresponds to the inverse function of the transfer function of the behavior index value with respect to the steering angle.
As a result, the relationship between the deviation between the target behavior index value and the behavior index value and the steering angle correction value corresponds to the inverse function of the transfer function corresponding to the transient response characteristic of the vehicle behavior with respect to the steering angle change. The speed response and stability of the vehicle can be improved by feedback control, and the steering feeling and the stability of the vehicle behavior can be improved.
[0014]
The K1 and K2 are preferably functions of the vehicle speed so that the transient response of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle corresponds to a predetermined response obtained in advance regardless of the vehicle speed. Thereby, the transient response of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle can be made to correspond to the reference response, and the transient response characteristic can be improved.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The vehicle steering apparatus shown in FIG. 1 includes an operation member 1 simulating a steering wheel, a steering actuator 2 driven by a rotation operation of the operation member 1, and the movement of the steering actuator 2. Without being mechanically connected to the wheel 4, and a steering gear 3 that transmits the steering angle to the front left and right wheels 4 so as to change the rudder angle in accordance with the movement.
[0016]
The steering actuator 2 can be constituted by an electric motor such as a known brushless motor. The steering gear 3 has a motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the output shaft of the steering actuator 2 into the linear motion of the steering rod 7. The movement of the steering rod 7 is transmitted to the wheel 4 through the tie rod 8 and the knuckle arm 9, and the toe angle of the wheel 4 changes. As the steering gear 3, a known one can be used, and the configuration is not limited as long as the movement of the steering actuator 2 can be transmitted to the wheels 4 so that the steering angle changes. In the state where the steering actuator 2 is not driven, the wheel alignment is set so that the wheel 4 can return to the straight steering position by the self-aligning torque.
[0017]
The operating member 1 is connected to a rotating shaft 10 that is rotatably supported by the vehicle body side. An operation actuator 19 that generates a reaction torque acting on the operation member 1 is provided. The operation actuator 19 can be constituted by an electric motor such as a brushless motor having an output shaft integrated with the rotary shaft 10.
[0018]
An elastic member 30 is provided that provides elasticity in a direction to return the operation member 1 to the straight steering position. The elastic member 30 can be constituted by, for example, a spring that imparts elasticity to the rotary shaft 10. When the operating actuator 19 does not apply torque to the rotary shaft 10, the operating member 1 returns to the straight steering position by its elasticity.
[0019]
An angle sensor 11 that detects a rotation angle of the rotary shaft 10 is provided as a rotation operation angle of the operation member 1.
A torque sensor 12 that detects a torque transmitted by the rotary shaft 10 is provided as an operation torque to be applied to the operation member 1 by a vehicle driver.
The steering angle sensor 13 that detects the steering angle of the vehicle is configured by a potentiometer that detects the operation amount of the steering rod 7 corresponding to the steering angle.
A speed sensor 14 for detecting the vehicle speed is provided.
A lateral acceleration sensor 15 for detecting the lateral acceleration of the vehicle is provided.
A yaw rate sensor 16 that detects the yaw rate of the vehicle is provided.
[0020]
The angle sensor 11, torque sensor 12, rudder angle sensor 13, speed sensor 14, lateral acceleration sensor 15, and yaw rate sensor 16 are connected to a control device 20 configured by a computer. The control device 20 controls the steering actuator 2 and the operation actuator 19 via the drive circuits 22 and 23.
[0021]
FIG. 2 is a control block diagram of the control device 20 of the first embodiment when the vehicle speed is equal to or higher than a preset vehicle speed. In the first embodiment, the rotation operation angle detected by the angle sensor 11 is the operation amount of the operation member 1.
Further, assuming that the lateral acceleration of the vehicle is Gy, the vehicle yaw rate is γ, the lateral acceleration weighting ratio is K1, the yaw rate weighting ratio is K2, the vehicle speed is V, and K1 + K2 = 1, D = K1 · Gy + K2 · γ · V The expressed value D is a behavior index value corresponding to a change in the behavior of the vehicle due to a change in the steering angle. The lateral acceleration Gy is detected by the lateral acceleration sensor 15, the yaw rate γ is detected by the yaw rate sensor 16, and the vehicle speed V is detected by the speed sensor 14, and the relational expression is stored in the control device 20. The behavior index value D is calculated by the control device 20 from the relational expression. Note that the ratio of K1 and K2 may be set so that the behavior index value D corresponds to the change in the behavior of the vehicle due to the change in the steering angle. For example, K1 = K2 = 0.5 may be constant, or the rudder You may change according to the vehicle speed etc. which influence the behavior change of the vehicle by an angle change.
[0022]
In FIG. 2, Th is a detected value of the operating torque by the torque sensor 12, Tm is a reaction torque generated by the operating actuator 19, and Tm.^* Is a target reaction force torque, δh is a detection value by the angle sensor 11 of the rotational operation angle of the operation member 1 due to the action of a deviation between the operation torque Th and the reaction force torque Tm, δ is a detection value by the steering angle sensor 13 of the steering angle, δ_FFIs the rudder angle set value, δ_FBIs the steering angle correction value, δ^* Is a target steering angle, Gy is a detected value of the lateral acceleration by the lateral acceleration sensor 15, γ is a detected value of the yaw rate by the yaw rate sensor 16, V is a detected value of the vehicle speed sensor 14, and D is a detected lateral acceleration Gy and yaw rate. Behavior index value of vehicle 100 calculated based on γ and vehicle speed V, D^* Is the target behavior index value, i^* Is the target value of the drive current of the steering actuator 2, G1 is D with respect to δh^* The transfer function of the control unit of G2, G2 is D^* For δ_FFThe transfer function of the control unit of^* Δ for the deviation between D and D_FBThe transfer function of the control unit of G4 is δ^* For i^* , G5 is Tm for δh^* It is a transfer function of the adjustment part.
[0023]
The control device 20 uses the target behavior index value D corresponding to the rotational operation angle δh of the operation member 1 detected by the angle sensor 11.^* , Rotation operation angle δh and target behavior index value D^* It calculates based on the transfer function G1 which is the relationship. The transfer function G1 is determined in advance and stored in the control device 20.
In this embodiment, D for the δh^* The adjusting unit is a proportional control element, and its proportional gain is proportional to the vehicle speed V. This allows K_D1The following formula is established by using as a proportional constant.
D^* = G1 · δh = K1 · Gy + K2 · γ · V = K_D1・ V ・ δh
Therefore, the target behavior index value D is set so that the ratio of the yaw rate γ of the vehicle to the rotational operation angle δh of the operation member 1 is constant regardless of the vehicle speed.^* Is calculated.
Its proportional constant K_D1Is adjusted so that optimum control can be performed, for example, 4/3.
By setting the transfer function G1 as a constant, the target behavior index value D is set so that the ratio of the lateral acceleration Gy of the vehicle to the rotational operation angle δh of the operating member 1 is constant regardless of the vehicle speed.^* May be calculated.
[0024]
The control device 20 calculates the calculated target behavior index value D.^* Rudder angle setting value δ corresponding to_FF, The target behavior index value D^* And rudder angle setting value δ_FFIt calculates based on the transfer function G2 which is the relationship. The transfer function G2 is determined in advance and stored in the control device 20.
In this embodiment, the transfer function G2 is a steady gain G of lateral acceleration with respect to the steering angle._D (V) is the reciprocal of δ_FF= D^* / G_D (V).
Its gain G_D (V) is defined by the following equation where SF is a stability factor and L is a wheelbase.
G_D (V) = V² / {(1 + SF · V² ) L}
SF and L are values specific to the vehicle, for example, SF = 0.0001 s.² / M² , L = 2.512 m.
[0025]
The control device 20 calculates the calculated target behavior index value D.^* And a deviation (D) from the behavior index value D obtained based on the detected values of the lateral acceleration Gy, the yaw rate γ, and the vehicle speed V^* -D) and the deviation (D^* -D) Steering angle correction value δ corresponding to_FBIs the deviation (D^* -D) and the steering angle correction value δ_FBIt calculates based on the transfer function G3 which is the relationship. The transfer function G3 is determined in advance and stored in the control device 20.
In this embodiment, the transfer function G3 is (Kp + Ki / s) / G so that PI control is performed using Kp as a proportional gain, Ki as an integral gain, and s as a Laplace operator._D (V). As a result, the following expression is established.
δ_FB= (Kp + Ki / s) (D^* -D) / G_D (V)
The Kp and Ki are adjusted so that optimum control can be performed. For example, Kp = 3 and Ki = 20.
[0026]
The control device 20 controls the rudder angle set value δ._FFAnd rudder angle correction value δ_FBThe target rudder angle δ as the sum of^* Is calculated. Therefore, δ^* = Δ_FF+ Δ_FB, Δ_FF= D^* / G_D (V), D^* = K_D1・ V ・ δh, so in steady state δ_FB= 0, the target rudder angle δ^* And the rotation operation angle δh of the operation member 1 is as follows.
δ^* = {K_D1・ V ・ / G_D (V)} δh
[0027]
The control device 20 calculates the calculated target steering angle δ.^* Target drive current i of the steering actuator 2 corresponding to^* With the target rudder angle δ^* And target drive current i^* It calculates based on the transfer function G4 which is the relationship. The transfer function G4 is determined in advance and stored in the control device 20. The target drive current i^* Accordingly, the steering actuator 2 is driven. Thereby, the rudder angle δ becomes the target rudder angle δ.^* The control actuator 20 controls the steering actuator 2 so as to correspond to the above.
The transfer function G4 is, for example, G4 = Kb [1 + 1 / (Tb · s)] so that PI control is performed with Kb as a gain and Tb as a time constant, and the gain Kb and the time constant Tb are optimally controlled. It is adjusted so that it can do.
[0028]
The control device 20 detects the target reaction force torque Tm according to the rotational operation angle δh of the operation member 1 detected by the angle sensor 11.^* The rotation operation angle δh and the target reaction torque Tm^* It calculates based on the transfer function G5 which is the relationship. The transfer function G5 is determined in advance and stored in the control device 20. The reaction torque Tm is the target reaction torque Tm.^* The operation actuator 19 is controlled by the control device 20 so as to correspond to the above.
In the present embodiment, the target reaction force torque Tm with respect to the rotational operation angle δh.^* The adjusting unit is a proportional control element, and the proportional gain Kt is constant regardless of the vehicle speed.
Note that the target reaction torque Tm is set so that the reaction torque is not excessive.^* May not exceed a predetermined upper limit value, for example, 10 N · m.
[0029]
FIG. 3 is a control block diagram of the control device 20 of the first embodiment when the vehicle speed is less than the preset vehicle speed Va. In FIG. 3, G6 is δh with respect to δh.^* Is the transfer function of the adjustment part of the steering angle correction value δ_FBIs set to zero. The rest is the same as FIG. If the vehicle speed Va set in advance is equal to or higher than the vehicle speed Va, the target steering angle δ is based on the behavior index value D obtained.^* May be determined so as to be appropriately set, for example, 2.78 m / s.
The control device 20 detects the target rudder angle δ according to the rotational operation angle δh of the operation member 1 detected by the angle sensor 11.^* The rotation operation angle δh and the target steering angle δ^* It calculates based on the transfer function G6 which is the relationship. The transfer function G6 is determined in advance and stored in the control device 20.
In this embodiment, δ with respect to δh^* Is a proportional control element, and its proportional gain Ka (v) is a function of the vehicle speed V, whereby the following equation is established.
δ^* = Ka (v) · δh
Further, at the preset vehicle speed Va, the target steering angle δ obtained based on the transfer function G6.^* And the steering angle setting value δ determined based on the transfer functions G1 and G2._FFAnd are equal. As a result, the following expression is established.
δ^* = Δ_FF= {K_D1・ Va ・ / G_D (V)} δh = Ka (v) · δh
As the value of Ka (v), for example, a value at a vehicle speed V = 0 m / s is set, and {K at V = 2.78 m / s_D1・ Va ・ / G_D It is obtained by interpolating between the values of (v)}.
[0030]
The solid line in FIG. 4 indicates K when the vehicle speed is equal to or higher than the set vehicle speed Va._D1・ V ・ / G_D The relationship between (v) and the vehicle speed V and the relationship between Ka (v) and the vehicle speed V when the vehicle speed is lower than the set vehicle speed Va are shown. In FIG. 4, K_D1= 4/3, SF = 0.0011 s² / M² L = 2.512 m. The value of Ka (v) is 1.28 at V = 0 m / s, and K at V = 2.78 m / s._D1・ Va ・ / G_D It calculated | required by carrying out the linear interpolation between the values of (v).
In this case, up to a constant value Vb = 33.3 m / s where the vehicle speed V exceeds Va, K increases as the vehicle speed V increases._D1・ V ・ / G_D (V) decreases, but when the vehicle speed Vb is exceeded, K increases as vehicle speed V increases._D1・ V ・ / G_D (V) increases. Therefore, at a certain vehicle speed Vb or higher, the target steering angle δ relative to the rotational operation angle δh.^* The steady gain value is constant, and the constant steady gain is K at a constant vehicle speed Vb._D1・ V ・ / G_D The value of (v) is used to prevent the vehicle behavior from becoming unstable.
[0031]
A control procedure by the control device 20 of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, detection data from each sensor is read (step 1).
[0032]
Next, according to the detected rotation operation angle δh, the target reaction force torque Tm^* Is calculated (step 2), and the target reaction torque Tm is calculated.^* The operation actuator 19 is controlled so that the reaction force torque Tm corresponds to (step 3).
[0033]
Next, it is determined whether or not the vehicle speed V is equal to or higher than a set value Va (step 4).
[0034]
When the vehicle speed V is equal to or higher than the set value Va in step 4, the target behavior index value D is determined according to the detected rotation operation angle δh.^* Is calculated (step 5), and the calculated target behavior index value D is calculated.^* Rudder angle setting value δ corresponding to_FFIs calculated (step 6), and the calculated target behavior index value D is calculated.^* And a deviation (D) from the behavior index value D obtained based on the detected values of the lateral acceleration Gy, the yaw rate γ, and the vehicle speed V^* -D) and the deviation (D^* -D) Steering angle correction value δ corresponding to_FBIs calculated (step 7) and the steering angle set value δ is calculated._FFAnd rudder angle correction value δ_FBThe target rudder angle δ as the sum of^* Is calculated (step 8).
[0035]
Next, the calculated target rudder angle δ^* Target drive current i of the steering actuator 2 corresponding to^* (Step 9), and the target drive current i^* By driving the steering actuator 2 according to the steering angle δ, the steering angle δ becomes the target steering angle δ.^* The steering actuator 2 is controlled so as to correspond to (step 10).
[0036]
Next, whether or not to end the control is determined, for example, based on whether or not the ignition switch of the vehicle is on (step 11). If not, the process returns to step 1.
[0037]
When the vehicle speed V is less than the set value Va in step 4, the target steering angle δ is determined according to the detected rotation operation angle δh.^* (Step 12), and then in step 9, the target rudder angle δ^* Target drive current i of the steering actuator 2 corresponding to^* Is calculated.
[0038]
According to the above configuration, the target behavior index value D corresponding to the rotation operation angle δh.^* Rudder angle setting value δ corresponding to_FFAnd its target behavior index value D^* And the deviation (D^* -D) Steering angle correction value δ corresponding to_FBTarget rudder angle δ which is the sum of^* The steering actuator 2 is controlled so as to correspond to the above. The rudder angle setting value δ_FFIs the target rudder angle δ^* The steering angle correction value δ_FBCorresponds to the feedback term, so that integrated control of feedforward control and feedback control is performed. Thus, the vehicle behavior can be optimized by changing the steering angle δ of the vehicle according to the operation amount of the operation member 1 and controlling the steering actuator 2 according to the change in the behavior of the vehicle.
Also, the target behavior index value D^* In this calculation, the operability can be improved by making the ratio of the yaw rate γ of the vehicle to the operation amount of the operation member 1 constant regardless of the vehicle speed.
Further, when the yaw rate γ and the lateral acceleration Gy are small in the low vehicle speed range and the vehicle behavior index value D hardly occurs, the target rudder angle δ depends on the rotational operation angle δh.^* When the vehicle behavior index value D increases in the middle and high vehicle speed range, the target behavior index value D^* Rudder angle setting value δ corresponding to_FFAnd its target behavior index value D^* And the actual behavior index value D (D^* -D) Steering angle correction value δ corresponding to_FBIs the target rudder angle δ^* The target rudder angle δ^* The steering actuator 2 is controlled so that the steering angle coincides with the steering angle. Since the control amount of the steering actuator 2 is made equal at the boundary (set vehicle speed Va) between the low vehicle speed range and the medium-high vehicle speed range, it is possible to prevent the vehicle behavior from becoming unstable.
[0039]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 shows a control block diagram of the control device 20 of the second embodiment when the vehicle speed is equal to or higher than the preset vehicle speed Va. In the second embodiment, the operation torque Th applied to the operation member 1 by the driver of the vehicle is the operation amount of the operation member 1. In FIG. 6, G11 is D for Th.^* It is a transfer function of the adjustment part. The rest is the same as FIG.
[0040]
The control device 20 uses the target behavior index value D corresponding to the operation torque Th of the operation member 1 detected by the torque sensor 12.^* , Operating torque Th and target behavior index value D^* It calculates based on the transfer function G11 which is the relationship. The transfer function G11 is determined in advance and stored in the control device 20.
In this embodiment, D for the Th^* The adjusting unit is a proportional control element, and its proportional gain is proportional to the vehicle speed V. This allows K_D2The following formula is established by using as a proportional constant.
D^* = G11 ・ Th = K1 ・ Gy + K2 ・ γ ・ V = K_D2・ V ・ Th
Therefore, the target behavior index value D is set so that the ratio of the yaw rate γ of the vehicle to the operation torque Th of the operation member 1 is constant regardless of the vehicle speed.^* Is calculated.
Its proportional constant K_D2Is adjusted so that optimum control can be performed, for example, π / 22.5.
δ^* = Δ_FF+ Δ_FB, Δ_FF= D^* / G_D (V), D^* = K_D2・ V ・ Th, so δ in steady state_FB= 0, the target rudder angle δ^* And the operating torque Th of the operating member 1 is as follows.
δ^* = {K_D2・ V ・ / G_D (V)} Th
By setting the transfer function G11 as a constant, the target behavior index value D is set so that the ratio of the lateral acceleration Gy of the vehicle to the operating torque Th of the operating member 1 is constant regardless of the vehicle speed.^* May be calculated.
[0041]
FIG. 7 shows a control block diagram of the control device 20 of the second embodiment when the vehicle speed is less than the preset vehicle speed Va. In FIG. 7, G12 is δ with respect to Th.^* Is the transfer function of the adjustment part of the steering angle correction value δ_FBIs set to zero. Others are the same as FIG.
The control device 20 detects the target steering angle δ according to the operation torque Th of the operation member 1 detected by the torque sensor 12.^* The operation torque Th and the target steering angle δ^* It calculates based on the transfer function G12 which is the relationship. The transfer function G12 is determined in advance and stored in the control device 20.
In this embodiment, δ with respect to Th^* Is a proportional control element, the proportional gain Kb (v) is a function of the vehicle speed V, and the following equation is established.
δ^* = Kb (v) · Th
In addition, at the preset vehicle speed Va, the target steering angle δ obtained based on the transfer function G12.^* And the steering angle set value δ determined based on the transfer functions G11 and G2._FFAnd are equal. As a result, the following expression is established.
δ^* = Δ_FF= {K_D2・ Va ・ / G_D (V)} Th = Kb (v) · Th
The value of Kb (v) is set, for example, at a vehicle speed V = 0 m / s, and K at V = 2.78 m / s._D2・ Va ・ / G_D It is obtained by interpolating between the values of (v).
[0042]
The two-dot chain line in FIG. 4 indicates the K when the vehicle speed is equal to or higher than the set vehicle speed Va._D2・ V ・ / G_D The relationship between (v) × 10 and the vehicle speed V and the relationship between Kb (v) × 10 and the vehicle speed V when the vehicle speed is lower than the set vehicle speed Va are shown. Here, K_D2= Π / 22.5, SF = 0.0011 s² / M² L = 2.512 m. The value of Kb (v) is 0.134 at V = 0 m / s, and K at V = 2.78 m / s._D2・ Va ・ / G_D The value between (v) was obtained by linear interpolation.
In this case, up to a constant value Vb = 33.3 m / s where the vehicle speed V exceeds Va, K increases as the vehicle speed V increases._D2・ V ・ / G_D (V) decreases, but when the vehicle speed Vb is exceeded, K increases as vehicle speed V increases._D2・ V ・ / G_D (V) increases. Therefore, at the constant vehicle speed Vb or higher, the target steering angle δ with respect to the operating torque Th^* The steady-state gain is constant, and the constant steady-state gain is K at a constant vehicle speed Vb._D2・ V ・ / G_D The value of (v) is used to prevent the vehicle behavior from becoming unstable.
[0043]
A control procedure by the control device 20 of the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, detection data from each sensor is read (step 101).
[0044]
Next, according to the detected rotation operation angle δh, the target reaction force torque Tm^* Is calculated (step 102), and the target reaction torque Tm is calculated.^* The operating actuator 19 is controlled so that the reaction torque Tm corresponds to (step 103).
[0045]
Next, it is determined whether or not the vehicle speed V is equal to or higher than a set value Va (step 104).
[0046]
If the vehicle speed V is greater than or equal to the set value Va in step 104, the target behavior index value D is determined according to the detected operation torque Th.^* Is calculated (step 105), and the calculated target behavior index value D is calculated.^* Rudder angle setting value δ corresponding to_FFIs calculated (step 106), and the calculated target behavior index value D is calculated.^* And a deviation (D) from the behavior index value D obtained based on the detected values of the lateral acceleration Gy, the yaw rate γ, and the vehicle speed V^* -D) and the deviation (D^* -D) Steering angle correction value δ corresponding to_FB(Step 107), and the steering angle set value δ_FFAnd rudder angle correction value δ_FBThe target rudder angle δ as the sum of^* Is calculated (step 108).
[0047]
Next, the calculated target rudder angle δ^* Target drive current i of the steering actuator 2 corresponding to^* (Step 109) and the target drive current i^* By driving the steering actuator 2 according to the steering angle δ, the steering angle δ becomes the target steering angle δ.^* The steering actuator 2 is controlled so as to correspond to (step 110).
[0048]
Next, whether to end the control is determined, for example, based on whether the ignition switch of the vehicle is on (step 111). If not, the process returns to step 101.
[0049]
When the vehicle speed V is less than the set value Va in step 104, the target rudder angle δ is determined according to the detected operation torque Th.^* (Step 112), and then in step 109, the target rudder angle δ^* Target drive current i of the steering actuator 2 corresponding to^* Is calculated.
Others are the same as in the first embodiment.
[0050]
According to the said 2nd Embodiment, there can exist an effect similar to 1st Embodiment. Further, an operating torque that is applied to the operating member 1 by the driver is employed as the operating amount of the operating member 1. Thereby, not only can the excessive operation of the operating member 1 be suppressed by the reaction force torque, but also the delay between the driver's operating torque being applied and the change of the steering angle can be reduced. The responsiveness of the change is improved, and the vehicle posture can be easily re-established even with a sudden steering at a high vehicle speed range, and the running stability can be improved.
[0051]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 shows a control block diagram of the control device 20 of the third embodiment when the vehicle speed is equal to or higher than a preset vehicle speed Va. In the third embodiment, similarly to the second embodiment, the operation torque Th applied to the operation member 1 by the driver of the vehicle is the operation amount of the operation member 1.
In FIG. 9, T_FFIs the reaction torque setting value, δ_D Is the rotation angle corresponding to the behavior, T_FBIs the reaction torque correction value, G13 is T against δh_FFThe transfer function of the control unit of G14 is δ with respect to D_D G15 is the transfer function of the adjustment unit of δh and δ_D T for the deviation of_FBIt is a transfer function of the adjustment part. Others are the same as FIG.
[0052]
The control device 20 uses the reaction force torque set value T according to the rotational operation angle δh of the operation member 1 detected by the angle sensor 11._FF, The rotational operation angle δh and the reaction force torque set value T_FFIt calculates based on the transfer function G13 which is the relationship. The transfer function G13 is determined in advance and stored in the control device 20.
In the present embodiment, the reaction torque set value T with respect to the rotational operation angle δh._FFThe adjusting unit is a proportional control element, and its proportional gain Kt is constant regardless of the vehicle speed._FF= Kt · δh.
The reaction force torque set value T is set so that the reaction force torque does not become excessive._FFMay not exceed a predetermined upper limit value, for example, 10 N · m.
[0053]
The control device 20 performs the behavior corresponding rotation operation angle δ corresponding to the behavior index value D obtained based on the detected values of the lateral acceleration Gy, the yaw rate γ, and the vehicle speed V._D , The behavior index value D and the behavior corresponding rotational operation angle δ_D Is calculated based on the transfer function G14 which is the stored relationship. The transfer function G14 is determined in advance and stored in the control device 20.
In the present embodiment, the behavior corresponding rotational operation angle δ with respect to the behavior index value D_D Is a proportional control element, and its proportional gain is a function Kδ (v) of the vehicle speed V, δ_D = Kδ (v) · D.
D in steady state^* = D, Th = Tm = T_FFAnd D^* = K_D2・ V ・ Th, T_FFSince = Kt · δh, the following equation is established.
D = K_D2・ V ・ Kt ・ δh
Therefore, in order for the rotation operation angle δh of the operation member 1 to correspond to the behavior of the vehicle, that is, δ_D In order to be equal to δh, the following equation must be established.
δh = δ_D = D / K_D2・ V ・ Kt = Kδ (v) ・ D
Therefore, Kδ (v) = 1 / K_D2・ Kt ・ V, K_D2Since Kt is a proportionality constant, Kδ (v) is inversely proportional to the vehicle speed V, for example, Kδ (v) = 3 / 4V.
[0054]
The control device 20 performs the behavior-related rotational operation angle δ calculated from the detected rotational operation angle δh._D Deviation from (δh-δ_D ) And the deviation (δh−δ)_D Reaction torque correction value T corresponding to_FBIs the deviation (δh−δ_D ) And reaction force torque correction value T_FBIt calculates based on the transfer function G15 which is the relationship. The transfer function G15 is determined in advance and stored in the control device 20.
In this embodiment, the transfer function G15 is set to (Ktp + Kti / s) so that PI control is performed using Ktp as a proportional gain and Kti as an integral gain. The Ktp and Kti are adjusted so that optimum control can be performed. For example, Ktp = 1 and Kti = 0.0005.
[0055]
The control device 20 uses the reaction torque set value T_FFAnd reaction torque correction value T_FBTarget reaction torque Tm as the sum of^* And the reaction torque Tm is the target reaction torque Tm.^* The operation actuator 19 is controlled by the control device 20 so as to correspond to the above.
[0056]
In this third embodiment, when the vehicle speed is less than the preset vehicle speed, the reaction torque correction value T_FBIs set to zero, and its control block diagram is the same as that of the second embodiment shown in FIG.
[0057]
A control procedure by the control device 20 of the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, detection data from each sensor is read (step 201).
[0058]
Next, it is determined whether or not the vehicle speed V is equal to or higher than a set value Va (step 202).
[0059]
If the vehicle speed V is greater than or equal to the set value Va in step 202, the reaction force torque set value T is determined according to the detected rotation operation angle δh._FF(Step 203), and the behavior corresponding rotational operation angle δ according to the behavior index value D obtained based on the detected values of the lateral acceleration Gy, the yaw rate γ, and the vehicle speed V._D (Step 204), the rotation operation angle δh and the behavior-related rotation operation angle δ_D Deviation from (δh-δ_D Reaction torque correction value T corresponding to_FBIs calculated (step 205), and the reaction force torque set value T is calculated._FFAnd reaction torque correction value T_FBThe target reaction torque Tm that is the sum of^* The operating actuator 19 is controlled so that the reaction torque Tm corresponds to (step 206).
[0060]
Next, the target behavior index value D according to the detected operation torque Th^* Is calculated (step 207), and the calculated target behavior index value D is calculated.^* Rudder angle setting value δ corresponding to_FFIs calculated (step 208), and the calculated target behavior index value D is calculated.^* And a deviation (D) from the behavior index value D obtained based on the detected values of the lateral acceleration Gy, the yaw rate γ, and the vehicle speed V^* -D) and the deviation (D^* -D) Steering angle correction value δ corresponding to_FBIs calculated (step 209) and the steering angle set value δ is calculated._FFAnd rudder angle correction value δ_FBThe target rudder angle δ as the sum of^* Is calculated (step 210).
[0061]
Next, the calculated target rudder angle δ^* Target drive current i of the steering actuator 2 corresponding to^* (Step 211), and the target drive current i^* By driving the steering actuator 2 according to the steering angle δ, the steering angle δ becomes the target steering angle δ.^* The steering actuator 2 is controlled so as to correspond to (step 212).
[0062]
Next, whether or not to end the control is determined, for example, based on whether or not the ignition switch of the vehicle is on (step 213). If not, the process returns to step 201.
[0063]
If the vehicle speed V is less than the set value Va in step 202, the target reaction force torque Tm according to the detected rotation operation angle δh.^* Is calculated (step 214) and the target reaction torque Tm is calculated.^* The operation actuator 19 is controlled so that the reaction torque Tm corresponds to (step 215), and the target steering angle δ is determined according to the detected operation torque Th.^* (Step 216), and then in step 211, the target rudder angle δ^* Target drive current i of the steering actuator 2 corresponding to^* Is calculated.
Others are the same as in the second embodiment.
[0064]
According to the said 3rd Embodiment, there can exist an effect similar to 2nd Embodiment. Furthermore, the behavior corresponding rotational operation angle δ corresponding to the actual behavior index value D of the vehicle_D And the reaction torque correction value T according to the deviation from the detected rotation operation angle δh_FBAnd the reaction torque correction value T_FBAnd the reaction force torque set value T corresponding to the rotation operation angle δh._FFAnd the target reaction torque Tm^* Therefore, the reaction torque Tm reflects the actual change in vehicle behavior. This makes it easier to reposition the vehicle with respect to sudden steering and improves running stability, and the vehicle's motion characteristics correspond to the driver's operating torque, making it possible to steer the vehicle according to the operating torque. .
Further, when the vehicle behavior index value D hardly occurs in the low vehicle speed range, the reaction force torque set value T according to the rotation operation angle δh._FFIf the operation actuator 19 is controlled so that the reaction force torque coincides with that of the vehicle and the vehicle behavior index value D increases in the middle and high vehicle speed range, the reaction force torque set value T_FFAnd reaction torque correction value T_FBThe target reaction torque Tm that is the sum of^* The operating actuator 19 can be controlled so that the reaction force torque Tm coincides with. Therefore, the control amount of the operation actuator 19 does not change suddenly at the boundary between the low vehicle speed range and the medium-high vehicle speed range, and the operation torque of the driver is controlled by controlling the operation actuator 19 according to the change in the behavior of the vehicle. The vehicle can be operated according to Th.
[0065]
FIG. 11 shows a control block diagram of the control device 20 in a modification of the first embodiment. In this modification, by setting the lateral acceleration weighting ratio in the first embodiment to zero and the yaw rate weighting ratio to 1, the yaw rate γ is adopted as the behavior index value instead of D, and γ with respect to δh as the proportional control element^* By making the proportional gain of the adjustment part of the constant Kγa, for example 4/3, γ^* = G1 · δh = Kγa · δh It is the same as the first embodiment except that.
FIG. 12 shows a control block diagram of the control device 20 in a modification of the second embodiment. In this modification, the lateral acceleration weighting ratio in the second embodiment is set to zero and the yaw rate weighting ratio is set to 1, so that the yaw rate γ is adopted instead of D as the behavior index value, and γ with respect to Th as a proportional control element^* By making the proportional gain of the adjustment part of the constant constant Kγb, for example, π / 22.5, γ^* = G11 · Th = Kγb · Th, except that it is the same as the second embodiment.
FIG. 13 shows a control block diagram of the control device 20 in a modification of the third embodiment. In this modification, the lateral acceleration weighting ratio in the third embodiment is set to zero and the yaw rate weighting ratio is set to 1, so that the yaw rate γ is adopted instead of D as the behavior index value, and γ with respect to Th as a proportional control element^* The proportional gain of the adjusting unit is a constant Kγb, for example, π / 22.5, and γ^* = G11 · Th = Kγb · Th, and δ with respect to γ as a proportional control element_D The proportional gain of the adjusting unit is a constant Kδ, for example 3/4, and δ_D = Kδ · γ, except that it is the same as in the third embodiment.
In addition, the control block diagram of each of the above modifications shows a case where the vehicle speed is equal to or higher than a set value. When the vehicle speed is less than the set value, the behavior index value D of the control block diagram in the corresponding embodiment is set to γ. It will be replaced.
[0066]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same part as the said 1st-3rd embodiment is shown with the same code | symbol, and only a different point is demonstrated.
In each of the above embodiments, the target behavior index value D^* And rudder angle setting value δ_FFThe transfer function G2 corresponding to the relationship is expressed as the reciprocal of the steady gain of the lateral acceleration with respect to the steering angle. Also, the target behavior index value D^* And the behavior index value D (D^* -D) and the steering angle correction value δ_FBThe transfer function G3 corresponding to the relationship is defined so that proportional integral (PI) control is performed. That is, the rudder angle set value δ_FFAnd rudder angle correction value δ_FBIs not set in consideration of the transient response characteristic of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle. Therefore, there may be a case where the steering feeling and the stability of the vehicle behavior cannot be sufficiently improved until the vehicle behavior becomes a steady state after the steering angle is changed.
[0067]
Therefore, in the fourth embodiment, the target behavior index value D in the first to third embodiments.^* And rudder angle setting value δ_FFAnd the transfer function G2 corresponding to the relationship between the target behavior index value D^* And the behavior index value D (D^* -D) and the steering angle correction value δ_FBThe transfer function G3 corresponding to the relationship is set in consideration of the transient response characteristic, and other configurations are the same as those in the first to third embodiments.
[0068]
First, the transfer function G of the behavior index value D with respect to the steering angle δ_D (S) is obtained, and the inverse function 1 / G of the obtained transfer function is obtained._D (S) for D^* For δ_FFCorresponding to the transfer function G2. Its transfer function G_D (S) is based on a previously determined equation of motion including the lateral acceleration Gy, yaw rate γ, rudder angle δ, and vehicle speed V as unknowns so as to correspond to the transient response of the vehicle behavior to the rudder angle change. It is derived so as to include at least one of K1 and K2. As an example, in the vehicle motion in the tire linear region in which the side slip angle of the tire and the cornering force are proportional, when using a two-wheeled vehicle model in which the front and rear, left and right four wheels are regarded as the two front and rear wheels in the center of the vehicle body, the following equation of motion is established. . Of course, the equation of motion is not limited to this.
V · γ (s) = δ (s) · V · G_r ・ (1 + T_r s) / (1 + 2ζs / ω_n + S² / Ω_n ² )
Gy (s) = δ (s) · V · G_r ・ (1 + T_y1s + T_y2s² ) / (1 + 2ζs / ω_n + S² / Ω_n ² )
Further, since D = K1 · Gy + K2 · γ · V, the transfer function G_D (S) is expressed by the following equation.
G_D (S) = D (s) / δ (s) = V · G_r ・ {1+ (K1 ・ T_y1+ K2 · T_r S + K1 · T_y2s² } / (1 + 2ζs / ω_n + S² / Ω_n ² )
Here, G_D (S) includes K1 and K2, but since K1 + K2 = 1, it can be an expression including only one of them.
That T_r , T_y1, T_y2Is the time constant and L_f Is the distance between the front axle and the center of gravity of the vehicle, L_r Is the distance between the rear wheel axle and the center of gravity of the vehicle, I_z Vehicle moment of inertia, K_r Is determined as the cornering power of the rear wheel by the following equation.
T_r = M · L_f ・ V / 2L ・ K_r
T_y1= L_r / V
T_y2= I_z / 2L ・ K_r
G_r Is a steady gain of the yaw rate with respect to the rudder angle, and is obtained by the following equation.
G_r = V / {(1 + SF · V² ) ・ L}
Also, ω_n Is the natural angular frequency of the vehicle, ζ is the damping ratio, K_f Is the cornering power of the front wheel, and m is the vehicle mass.
ω_n = (2L / V) · {K_f ・ K_r ・ (1 + SF ・ V² ) / (M · I_z )}^1/2 ζ = {m · (L_f ² ・ K_f + L_r ² ・ K_r ) + I_z ・ (K_f + K_r )} / 2L / {m · I_z ・ K_f ・ K_r ・ (1 + SF ・ V² )}^1/2
Therefore, the transfer function G2 is expressed by the following equation.
G2 = 1 / G_D (S) = (1 / VG_r ) ・ (1 + 2ζs / ω_n + S² / Ω_n ² ) / {1+ (K1 · T_y1+ K2 · T_r S + K1 · T_y2s² }
The transfer function G_D According to the equation (s), since K1 + K2 = 1, the value of K1 does not affect the steady gain, so that the yaw rate can be kept constant with respect to the steering wheel angle regardless of the vehicle speed.
[0069]
FIG. 14 shows the transfer function G_D The relationship between the time which shows the response simulation result with respect to step input of (delta) in (s), and the behavior parameter | index value D is represented. Here, the vehicle speed V was set to a constant value (16.7 m / s), and K1 was changed from 0 to 1 in 0.25 steps. In addition, m = 1500kg, I_z = 1950kg ・ m² , K_f = 54430 N / rad, K_r = 64770N / rad, L = 2.515m, L_f = 1.023m, L_r = 1.492 m, SF = 0.0014 s² / M² It was.
[0070]
(1) to (4) in FIG._D The relationship between the time which shows the response simulation result with respect to step input of (delta) in (s), and the behavior parameter | index value D is represented. In each figure, K1 is a constant value, and the vehicle speed V is 8.33 m / s, 11.1 m / s, 16.7 m / s, 22.2 m / s, 33.3 m / s, 41.7 m / s, 50.0 m / s. In FIG. 15 (1), K1 = 0.5, in FIG. 15 (2), K1 = 0.1, in FIG. 15 (3), K1 = 1, and D = Gy, and the response result is shown. In (4), K1 = 0 and a response result of D = V · γ is shown. Others were the same as the response simulation shown in FIG.
[0071]
From FIGS. 14 and 15 (1) to (4), the temporal change in the behavior index value D with respect to the change in the steering angle δ varies greatly depending on the vehicle speed and the values of K1 and K2. That is, with respect to the transient response characteristic of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle, Gy is dominant in the initial response, and thereafter γ is dominant. When K1 is decreased, the initial response value in the low speed range is suppressed. However, the overshoot at high speed is emphasized. Therefore, in the first to third embodiments, K1 is set to be appropriately small and compensation by feedback control is performed to ensure speed response at a low vehicle speed in the transient response of the lateral acceleration and yaw rate to the steering angle change. In addition, stability at high vehicle speeds can be improved. In contrast to such improvement in responsiveness in feedback control, the fourth embodiment improves the responsiveness in feedforward control, and also improves the responsiveness in feedback control. The response is improved by making use of the superiority of the integrated control with the feedback control, and the response is further improved by optimizing the values of K1 and K2.
[0072]
(1) to (3) in FIG. 16 are the same as those in the simulation model shown in FIG.^* The relationship between the time indicating the response simulation result for the step input and the behavior index value D is shown. Here, D^* For δ_FFFor the comparison with the fourth embodiment, as in the first embodiment, 1 / G_D (V). In the simulation model, δ_FFThe transfer function of δ with respect to is approximated by a first-order lag system 1 / (0.1 s + 1) with a time constant of 0.1 (sec). Vehicle speed V was set to 8.33 m / s, 16.7 m / s, 33.3 m / s, and 50 m / s. In FIG. 16 (1), K1 = 0.5, and in FIG. 16 (2), K1 = 1 and D = Gy response results are shown. In FIG. 16 (3), K1 = 0 and D = V · γ response results. showed that.
[0073]
(1) to (4) in FIG. 18 and (1) to (4) in FIG. 19 represent the transfer function G2 in the simulation model shown in FIG._D D in the case of the inverse function of (s)^* The relationship between the time indicating the response simulation result for the step input and the steering angle δ, the behavior index value D, the lateral acceleration Gy, and the yaw rate γ is shown. Here, the vehicle speed V is set to 8.33 m / s, 16.7 m / s, 33.3 m / s, and 50 m / s, and K1 = 0.5 in FIGS. In (1) to (4), K1 = 0.25.
[0074]
According to the response results shown in (1) to (4) of FIG. 18 and (1) to (4) of FIG. 19, the dynamic changes of δ, Gy, and γ are different from each other for each vehicle speed. It is confirmed that the change is constant regardless of the vehicle speed. Further, the quick response and stability are improved as compared with the response results shown in (1) to (3) of FIG. Further, when K1 = 0.25, the speed response of Gy and γ at a low vehicle speed and the overshoot at a high vehicle speed of γ are improved as compared with the case of K1 = 0.5.
[0075]
Further, K1 and K2 are functions of the vehicle speed V so that the transient response of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle corresponds to a predetermined response obtained in advance regardless of the vehicle speed V. In the present embodiment, the simulation model of γ at V = 33.3 m / s shown in (4) of FIG. 19 is used as a standard, and the transient response at the vehicle speed can be used as a standard for the transient response at the vehicle speed. Therefore, K1 is a function of the vehicle speed V expressed by the following equation.
K1 = −0.0002205 (V-33.3)² +0.245
The relationship between V and K1 is shown in FIG. In this case, V = 8.33 m / s, K1 is 0.10, V = 16.7 m / s, K1 is 0.19, V = 33.3 m / s, K1 is 0.25, V = 50.0 m K1 is corrected to 0.19 at / s.
[0076]
The results of the response simulation obtained using the corrected value of K1 are shown in (1) to (4) of FIG. D^* 21 (1) is δ, FIG. 21 (2) is D, FIG. 21 (3) is Gy, and FIG. 21 (4) is γ at the above vehicle speeds. The simulation result is shown.
[0077]
According to the response results shown in (1) to (4) of FIG. 21, in the transient response using the corrected value of K1, compared to the response results shown in (1) to (4) of FIG. Has substantially the same response characteristics, and the speed response of Gy is improved in all vehicle speed ranges.
[0078]
In the fourth embodiment, the target behavior index value D^* And the behavior index value D (D^* Δ for -D)_FBThe transfer function G3 of the behavior index value D with respect to the steering angle δ is_D It corresponds to the inverse function of (s).
[0079]
(1) to (4) in FIG. 22 and (1) to (4) in FIG. 23 are D in the simulation model shown in FIG.^* The relationship between the time indicating the response simulation result for the step input and the steering angle δ, the behavior index value D, the lateral acceleration Gy, and the yaw rate γ is shown. In the simulation model, the transfer function G2 is as described above._D The inverse function of (s) was used, and K1 was corrected as a function of the vehicle speed V as described above. And the deviation (D^* Δ for -D)_FBThe transfer function G3 is a proportional control element, and its proportional gain is 1 in the responses shown in (1) to (4) of FIG. 22, and 0.05 in the responses shown in (1) to (4) of FIG. . In the simulation model, δ^* The transfer function of δ with respect to is approximated by a first-order lag system 1 / (0.1 s + 1) with a time constant of 0.1 (sec).^* Is the same as the block diagram showing the control of D. Vehicle speed V was set to 8.33 m / s, 16.7 m / s, 33.3 m / s, and 50.0 m / s.
From (2) and (3) of FIG. 22, when the proportional gain of the transfer function G3 is large, the overshoot becomes large in the high vehicle speed range. From (2) and (3) of FIG. 23, when the proportional gain of the transfer function G3 is reduced, overshoot can be suppressed, but the response characteristic in this case is (D^* Δ for -D)_FBThe response result shown in FIG. 21 is not provided, and the advantage of performing feedback control cannot be fully utilized.
[0080]
Therefore, in order to improve the responsiveness by taking advantage of the integrated control of feedforward control and feedback control as described above, (D^* Δ for -D)_FBIs set in consideration of the transient response characteristic of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle. That is, in the simulation model shown in FIG.^* The transfer function of δ with respect to G_a Then, the following equation is established.
{G2 ・ D^* + G3 ・ (D^* -D)} G_a ・ G_D (S) = D
When this is solved for D, the following equation is obtained.
D = D^* ・ (G2 + G3) ・ G_a ・ G_D / (G3 ・ G_a ・ G_D (S) +1)
D^* Transfer function D / D as a reference from D to D^* Is G, G2 = 1 / G_D Since (s), the following equation holds.
G = (1 + G_D (S) ・ G3) ・ G_a / (G3 ・ G_a ・ G_D (S) +1)
When this is solved for G3, the following equation is obtained.
G3 = (GG_a ) / {G_a ・ G_D (S) · (1-G)}
Where G is the time constant T_a 1st order delay system 1 / (T_a ・ S + 1), G_a Is the time constant T_b 1st order delay system 1 / (T_b ・ If s + 1), G3 is as follows.
G3 = (T_b / T_a -1) / G_D (S)
T_a = T_b In the case of / 2,
G2 = G3 = 1 / G_D (S). That is, the transfer function G3 is transferred to the transfer function G3._D This corresponds to the inverse function of (s).
[0081]
(1) to (4) in FIG. 25 are G2 = G3 = 1 / G in the simulation model of FIG._D (S) and D1 when K1 is corrected as a function of the vehicle speed V as described above.^* The relationship between the time indicating the response simulation result for the step input and the steering angle δ, the behavior index value D, the lateral acceleration Gy, and the yaw rate γ is shown. Vehicle speed V was set to 8.33 m / s, 16.7 m / s, 33.3 m / s, and 50.0 m / s. For comparison, (D^* Δ for -D)_FBIn the simulation model shown in FIG. 17 without the adjusting part, the response simulation result when the vehicle speed is set to 8.33 m / s is indicated by a broken line, and the response simulation result when the vehicle speed is set to 50.0 m / s is indicated by a one-dot chain line. Show.
[0082]
In the transient responses shown in (1) to (4) of FIG. 25, the response at the time of rising is fast, the overshoot of D and γ in the high speed region is suppressed, and both the quick response and stability are improved.
[0083]
According to the said 4th Embodiment, there can exist an effect similar to 1st-3rd embodiment. Furthermore, the target behavior index value D^* And rudder angle setting value δ_FFIs a transfer function G corresponding to the transient response characteristic of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle._D Since it corresponds to the inverse function of (s), the rapid response and stability of the transient response can be improved by feedforward control. Also, the target behavior index value D^* And the behavior index value D (D^* -D) and the steering angle correction value δ_FBIs a transfer function G corresponding to the transient response characteristic of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle._D Since it corresponds to the inverse function of (s), the quick response and stability of the transient response can be improved by feedback control. Furthermore, K1 and K2 are functions of the vehicle speed V, and the transient response of the vehicle behavior with respect to the change in the steering angle is made to correspond to the constant response obtained in advance regardless of the vehicle speed, so that The transient response characteristic can be improved in response to the response. Therefore, the steering feeling and the stability of the vehicle behavior can be improved.
[0084]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the steer-by-wire system, the steering angle of the vehicle can be changed according to the operation amount of the operation member without destabilizing the vehicle behavior from the low vehicle speed range to the medium-high vehicle speed range. The behavior can be optimized, the operability can be improved, the vehicle posture can be easily re-established even during sudden steering at high vehicle speeds, and the running stability can be improved. Further, it is possible to provide a vehicle steering apparatus that can improve the speed response and stability of the transient response of the vehicle behavior to the change in the steering angle, and can improve the steering feeling and the stability of the vehicle behavior.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a steering device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram when the vehicle speed is equal to or higher than a set vehicle speed in the steering device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a control block diagram when the vehicle speed is lower than a set vehicle speed in the steering device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a relationship between a steady gain of a target rudder angle and a vehicle speed with respect to a rotational operation angle in the steering device of the first embodiment of the present invention, and a steady gain of a target rudder angle with respect to an operation torque in the steering device of the second embodiment. Diagram showing the relationship with vehicle speed
FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of the steering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a control block diagram when the vehicle speed is equal to or higher than a set vehicle speed in the steering device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a control block diagram in a case where the speed is lower than a set vehicle speed in the steering device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a control procedure of the steering apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a control block diagram when the vehicle speed is equal to or higher than a set vehicle speed in the steering device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a control procedure of the steering apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a control block diagram when the vehicle speed is equal to or higher than a set vehicle speed in a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a control block diagram when the vehicle speed is equal to or higher than a set vehicle speed in a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a control block diagram in a case where the vehicle speed is equal to or higher than a set vehicle speed in a modification of the third embodiment of the present invention.
FIG. 14 shows the relationship between the time and the behavior index value indicating the response simulation result for the step input of the steering angle when K1 is changed in the transfer function of the behavior index value with respect to the steering angle according to the fourth embodiment of the present invention. Figure representing
FIGS. 15A to 15D show response simulation results for step input of the steering angle when the vehicle speed is changed in the transfer function of the behavior index value with respect to the steering angle of the fourth embodiment of the present invention. Diagram showing the relationship between the time shown and the behavior index value
FIGS. 16 (1) to (3) use the simulation model shown in FIG. 17 and change the vehicle speed by setting the transfer function of the steering angle setting value with respect to the target behavior index value to the same as in the first embodiment of the present invention. Of relationship between time and behavior index value indicating response simulation result for step input of target behavior index value
FIG. 17 shows a simulation model
FIGS. 18 (1) to (4) are times showing response simulation results for step input of target behavior index values when the simulation model shown in FIG. 17 is used, K1 = 0.5, and the vehicle speed is changed. Of the relationship between steering angle, behavior index value, lateral acceleration, and yaw rate
FIGS. 19 (1) to (4) use the simulation model shown in FIG. 17, and K1 = 0.25, time indicating response simulation results for step input of target behavior index values when the vehicle speed is changed. Of the relationship between steering angle, behavior index value, lateral acceleration, and yaw rate
FIG. 20 is a diagram showing the relationship between vehicle speed and K1.
FIGS. 21 (1) to (4) are time periods showing response simulation results for step input of target behavior index values when the simulation model shown in FIG. 17 is used and K1 is a function of vehicle speed and the vehicle speed is changed. Of the relationship between steering angle, behavior index value, lateral acceleration, and yaw rate
FIGS. 22 (1) to (4) use the simulation model shown in FIG. 24, using a transfer function of a steering angle correction value with respect to a deviation between a target behavior index value and a behavior index value as a proportional control element, and its proportional gain; Is a diagram showing the relationship between the time, steering angle, behavior index value, lateral acceleration, and yaw rate indicating the response simulation result for the step input of the target behavior index value when the vehicle speed is changed with 1
FIGS. 23 (1) to (4) use the simulation model shown in FIG. 24 and use the transfer function of the steering angle correction value with respect to the deviation between the target behavior index value and the behavior index value as a proportional control element, and the proportional gain thereof. Is a graph showing the relationship between time, rudder angle, behavior index value, lateral acceleration, and yaw rate indicating the response simulation result for the step input of the target behavior index value when the vehicle speed is changed with 0.05
FIG. 24 is a diagram showing another simulation model
FIGS. 25 (1) to (4) show response simulation results for step input of a target behavior index value when the vehicle speed is changed using the simulation model shown in FIG. 24 in the fourth embodiment of the present invention. Diagram showing the relationship between the time shown and the steering angle, behavior index value, lateral acceleration, and yaw rate
[Explanation of symbols]
1 Operation member
2 Steering actuator
3 Steering gear
4 wheels
11 Angle sensor
12 Torque sensor
14 Speed sensor
15 Lateral acceleration sensor
16 Yaw rate sensor
19 Actuator for operation
20 Control device

Claims

An operation member;
A steering actuator driven by operation of the operation member;
The movement of the steering actuator, and means for transmitting the operating member before wheel without mechanically connected, on its front wheel so that the steering angle varies depending on the movement,
Means for obtaining a behavior index value corresponding to a vehicle behavior change due to a change in steering angle;
Means for detecting an operation amount of the operation member;
Means for calculating a target behavior index value corresponding to the detected operation amount based on a stored relationship between the operation amount and the target behavior index value;
Means for calculating a rudder angle setting value corresponding to the calculated target behavior index value based on a stored relationship between the target behavior index value and the rudder angle setting value;
Means for calculating a steering angle correction value corresponding to the deviation between the target behavior index value and the calculated behavior index value based on the stored relationship between the deviation and the steering angle correction value;
Means for controlling the steering actuator so that the steering angle corresponds to a target steering angle that is the sum of the steering angle setting value and the steering angle correction value ;
A vehicle steering apparatus in which the target behavior index value is calculated so that a ratio of a yaw rate or lateral acceleration of the vehicle to an operation amount of the operation member is constant regardless of a vehicle speed .

The operation member is supposed to be rotated,
The operation amount of the operation member is an operation torque that the driver of the vehicle acts on the operation member, and an operation actuator that generates a reaction force torque that acts on the operation member is provided,
Means for detecting a rotation operation angle of the operation member due to an effect of a deviation between the detected operation torque and the generated reaction force torque;
Means for calculating a target reaction force torque according to the detected rotation operation angle based on a stored relationship between the rotation operation angle and the target reaction force torque;
The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising means for controlling the operating actuator so that the reaction torque corresponds to the target reaction torque.

The operation member is supposed to be rotated,
The operation amount of the operation member is an operation torque that the driver of the vehicle acts on the operation member, and an operation actuator that generates a reaction force torque that acts on the operation member is provided,
Means for detecting a rotation operation angle of the operation member due to an effect of a deviation between the detected operation torque and the generated reaction force torque;
Means for calculating a reaction force torque setting value corresponding to the detected rotation operation angle based on a stored relationship between the rotation operation angle and the reaction force torque setting value;
Means for calculating a behavior corresponding rotation operation angle of the operation member corresponding to the obtained behavior index value based on a stored relationship between the behavior index value and the behavior corresponding rotation operation angle;
Means for calculating a reaction force torque correction value corresponding to a deviation between the detected rotation operation angle and the calculated behavior corresponding rotation operation angle based on a stored relationship between the deviation and the reaction force torque correction value;
2. The vehicle according to claim 1, further comprising means for controlling the operation actuator so that the reaction torque corresponds to a target reaction torque that is a sum of a reaction torque setting value and a reaction torque correction value. Steering device.

The vehicle steering apparatus according to claim 3 , wherein the reaction torque correction value is zero when the vehicle speed is lower than a preset vehicle speed.

If the vehicle speed is less than a preset value, the target rudder angle corresponding to the detected operation amount of the operation member is calculated based on the stored relationship between the operation amount of the operation member and the target rudder angle, and the steering angle correction value is set to zero. The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 4 .

As the behavior index values, when the lateral acceleration of the vehicle is Gy, the vehicle yaw rate is γ, the vehicle speed is V, the lateral acceleration weighting ratio is K1, the yaw rate weighting ratio is K2, and K1 + K2 = 1, D = K1 · Gy + K2 · A value D represented by γ · V is obtained,
The stored relationship between the target behavior index value and the steering angle setting value corresponds to the inverse function of the transfer function of the behavior index value with respect to the steering angle,
The transfer function of the behavior index value with respect to the rudder angle is based on a predetermined equation of motion that includes the lateral acceleration, yaw rate, rudder angle, and vehicle speed as unknowns so as to correspond to the transient response of the vehicle behavior to the rudder angle change. The vehicle steering device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the vehicle steering device is derived so as to include at least one of K1 and K2.

The stored relationship between the deviation and the steering angle correction value and the target behavior index value and the behavior index value, in claim 6, which is to correspond to the inverse function of the transfer function of the behavior index value for steering angle The vehicle steering apparatus described.

The vehicle steering system according to claim 6 or 7 , wherein K1 and K2 are functions of vehicle speed so that a transient response of vehicle behavior to a change in steering angle corresponds to a predetermined response obtained in advance regardless of the vehicle speed. apparatus.